近爆作用下钢筋混凝土梁板毁伤破坏机理及P-I曲线评估方法研究

Damage effects analysis and assessment of reinforced concrete (RC) members under blast loading is an important problem concerned by the area of explosion accident analysis, blast-resistant design, anti-terrorist and military weapon design. When designing of blast-resistant buildings or assessing and analyzing of damage effects of buildings under blast loading, the relationship of blast damage effects and explosive source should be found first. The damage mechanism of RC members under close-in blast loading and Pressure-Impulse (P-I) assessment method is investigated by experiment research, theory analysis and numerical simulation in this study. The main work and achievements of this study are as follows: (1) Quick methods and empirical equations of estimating the blast load are set up, (2) The damage mechanism of RC members under blast loading is analyzed, and the damage mechanism criterion is ascertained, (3) Based on equivalent single degree of freedom (SDOF) method, the assessment method of P-I curves considering both flexure and shear failure modes is set up. By the research work, the damage mechanism of RC members can be explained in theory and fast assessment method can be set up. The research work can be served directly on building damage assessment under blast load and has direct military value in weapon damage efficiency and forecast.

钢筋混凝土构件的爆炸破坏效应分析和破坏程度评估在爆炸事故分析、结构抗爆设计、反恐怖袭击和军事领域均是一个重要的课题。无论是进行建筑物结构的抗爆设计，还是爆炸事故中的威力评估或进行爆炸破坏效果评估，首先要做的工作都是建立破坏效果和爆炸威力之间的对应关系。本项目采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，对近爆作用下钢筋混凝土构件毁伤破坏分析和P-I曲线评估方法进行研究：（1）建立钢筋混凝土构件表面载荷快速预测方法及经验公式；（2）分析爆炸荷载作用下梁板等典型结构构件的损伤破坏机理，确定钢筋混凝土构件在爆炸载荷作用下的毁伤判据和准则；（3）基于等效SDOF方法建立考虑弯曲剪切联合失效破坏的P-I曲线评估方法。通过本项目研究，可望在理论上揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理，建立爆炸作用下快速毁伤评估方法，研究成果能够直接服务于建筑物爆炸破坏评估，在武器毁伤效能预测方面也有明显的军事应用价值。

钢筋混凝土构件的爆炸破坏效应分析和破坏程度评估在爆炸事故分析、结构抗爆设计、反恐怖袭击和军事领域均是一个重要的课题。本项目针对钢筋混凝土构件，采用模型试验、理论分析和数值模拟相结合的研究手段，对爆炸载荷作用下钢筋混凝土梁板的毁伤效应、损伤破坏评估方法和毁伤判据进行了深入研究。主要完成的研究工作：（1）利用数值模拟方法研究了爆炸冲击波与结构相互作用，提出了结构表面上的不同点处爆炸载荷的预测方法，并建立了结构表面不同特征点处爆炸载荷参数的简化预测公式。（2）通过试验研究了钢筋混凝土梁板在近爆炸载荷作用下的破坏损伤特征，得到了近距离爆炸作用下钢筋混凝土板、梁的破坏等级及破坏模式，基于试验结果初步建立相应梁板的毁伤准则。（3）利用数值模拟方法研究了爆炸载荷作用下钢筋混凝土板动力响应，分析了不同装药量作用下钢筋混凝土板的损伤破坏特征，提出了钢筋混凝土板的一种经验损伤准则。进一步研究了均布爆炸载荷和不同爆距爆炸载荷作用下钢筋混凝土构件可能的破坏模式。（4）研究了利用等效单自由度方法对钢筋混凝土板等构件在近爆载荷作用下的损伤进行分析的方法。基于虚功相等的原理，提出了一种建筑物构件表面等效均布载荷的计算方法，将该等效均布载荷作为外载荷应用到等效单自由度损伤分析中。（5）研究了利用相互耦合的弯曲和剪切响应等效单自由度系统对爆炸载荷作用下钢筋混凝土构件损伤程度进行评估的P-I曲线方法，建立了考虑不同破坏模式和不同载荷形状的P-I曲线经验公式。分析了爆炸载荷形状及钢筋混凝土构件的各参数对相应的各临界损伤程度P-I曲线的超压渐近线及冲量渐近线的影响，并基于少量试验数据和等效单自由度方法建立力典型钢筋混凝土梁板的毁伤判据。