钢管钢纤维高性能混凝土柱抗爆性能试验研究与数值模拟

基本信息
批准号:51578362
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:吴成清
学科分类:
依托单位:天津城建大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周晓洁,王玉良,徐慎春,成全喜,杨继强,徐巍巍,董艳博,庞加宝,陈柱
关键词:
抗爆性能钢管钢纤维高性能混凝土结构有限元模拟爆炸试验
结项摘要

The high-performance steel fiber reinforced concrete is featured with ultra-high strength, high toughness and excellent ductility. Furthermore, if confined by steel tube, steel fiber reinforced concrete has excellent blast resistant performance. Focusing on the blast resistant performance of steel fiber reinforced concrete-filled steel tube column (SFRCSTC), both the field blast tests and refined numerical simulation will be implemented to carry out the research on this project. Firstly, for studying the dynamic response and damage mechanism of the SFRCSTC, field blast tests will be executed. Secondly, the dynamic material properties can be obtained from the Split Hopkinson Pressure Bar tests, combined with the static uniaxial properties, a new material model suitable for the steel fiber reinforced concrete will be developed and input into the LS-DYNA software. Then, a refined finite element model (FEM) will be used to analyze the dynamic response of the SFRCSTC under blast load using LS-DYNA software, and the accuracy of the proposed FEM will be validated by comparing the simulated results with field blast test data. Finally, detailed parametric analysis will be carried out by the proposed FEM model to establish the non-dimensioned P-I curve. According to these P-I curves, the preliminary method for the blast resistant design of the SFRCSTC and effective damage assessment criteria will be proposed. This project strives to reveal the characteristics of explosive damage and the mechanism of blast resistance of the SFRCSTC, and to provide some scientific basis and practical techniques for the blast resistant design of the SFRCSTC for the purposes of greatly reducing the loss of life and property in the terror bomb attacks and accidental explosions.

钢纤维高性能混凝土材料具有高强、高韧性和抗冲击性能,结合钢管外约束作用,将显示出优越的抗爆性能。项目针对钢管钢纤维高性能混凝土柱抗爆性能,开展模型实验和精细化数值模拟: 首先通过野外爆炸试验,研究钢管钢纤维高性能混凝土柱动态响应及损伤破坏机理。然后通过霍普金斯杆冲击试验获取钢纤维高性能混凝土材料率相关数据,结合单轴抗拉、抗压试验,基于LS-DYNA软件开发适用于钢纤维高性能混凝土材料动态本构方程,由此对钢管钢纤维高性能混凝土柱的爆炸动力响应进行精细化有限元模拟。通过与试验数据的对比分析,验证模型的有效性。最后,结合大量参数化分析,给出无量纲化压力-冲量曲线图,提出钢管钢纤维高性能混凝土构件初步抗爆设计方法和破坏评估标准。项目着力揭示钢管钢纤维高性能混凝土柱爆炸破坏规律和抗爆机理,为此类结构抗爆设计提供一定的科学依据和实用技术,以期最大限度降低恐怖爆炸袭击及意外爆炸事故造成的生命、财产损失。

项目摘要

近年来,随着经济建设的快速发展,超高层建筑、城市大型地铁网络、高速铁路、跨海长大桥梁等大型重要建筑结构不断涌现。各类爆炸事故如石油爆炸、天然气爆炸、军火库爆炸以及工业化学品爆炸等频繁发生,对人们的生命财产和社会稳定带来了极其恶劣的影响。因此,如何有效地提高建筑结构尤其是重要建筑的抗爆性能,减少由爆炸引起的生命、财产损失,已成为科研工作者当前亟需解决的关键问题。.钢管钢纤维高性能混凝土结构充分发挥了钢材的高抗弯能力和钢纤维高性能混凝土的高抗压能力,有效克服了钢结构容易发生局部屈曲和普通混凝土脆性大,抗变形能力差的缺点。因此,能够有效提高建筑结构的抗爆性能。而当前普通钢管混凝土及含钢纤维混凝土构件的抗爆性能的研究取得了一定的进展,而对钢管钢纤维高性能混凝土构件的抗爆性能研究还很少,特别是野外爆炸试验研究方面。本项目通过钢管钢纤维高性能混凝土柱的爆炸实验、剩余承载力试验以及有限元数值模拟,研究了钢管钢纤维高性能混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力响应及损伤破坏机理,绘制了不同破坏程度下钢管钢纤维高性能混凝土柱的P-I曲线。同时,通过侧向冲击试验研究了钢管钢纤维高性能混凝土柱抗爆炸冲击性能。揭示了钢管钢纤维高性能混凝土柱这一新型结构优异的抗爆抗冲击性能,初步给出了此类结构在爆炸冲击荷载作用下的损伤评估方法,为此类结构的抗爆抗冲击设计提供了理论依据与技术支撑,能够进一步促进钢纤维高性能混凝土在实际工程结构当中的应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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