爆炸荷载作用下装配式混凝土框架结构动力反应及损伤破坏机理

Precast building is vigorously developing in China. With the possibility of terrorist attacks and accidental explosion, dynamic response and damage mechanism of precast concrete members under blast loading is significant. This project will test the action of grouting sleeve connection performance under different strain rate. It also gives the mathematical relationship between the strain rate effect and cohesive force. The field explosion tests of precast concrete beam and precast concrete column are designed in this project. We would get the P-I curve of precast concrete beam and precast concrete column under blast loading. The modified single degree of freedom model of precast concrete beam will be suggested in this project. The field explosion tests of precast concrete joint also will be done. A numerical simulation model of precast concrete joint is established. We will use the model to calculate the dynamic response and damage mechanism of precast concrete joints under blast loading. The key factors that affect the precast concrete joints will be discussed. Based on multi-scale mixing element calculation, numerical simulation model of precast concrete frame is established. We will use the model to calculate the dynamic response and failure effect of precast concrete frame under blast loading. The research of this project will give theoretical support for precast building against blast loading and promot healthy development of precast building in China.

我国正在大力发展装配式建筑，随着恐怖袭击及偶然爆炸发生概率增大，研究爆炸荷载作用下装配式建筑动力反应及损伤破坏机理具有重要意义。本项目以爆炸荷载作用下装配式混凝土框架结构的动力反应及损伤破坏机理为研究对象，进行不同应变率作用下灌浆套筒的连接性能试验，建立考虑应变率效应的套筒粘结力数学模型；进行爆炸荷载作用下装配式混凝土梁、柱试验，提出装配式混凝土梁、柱损伤等级评价标准，绘制对应不同损伤等级的装配式混凝土梁、柱的P-I曲线，提出用于装配式混凝土梁变形计算的单自由度模型参数确定方法；建立装配式混凝土节点数值模型，确定影响装配式混凝土节点损伤的主要因素；利用多尺度分析模型，进行爆炸荷载作用下装配式混凝土框架结构动力反应及损伤破坏机理数值分析。本项目研究成果将为我国装配式建筑灾害评估及抗爆研究提供理论支撑和技术支持。

近几年我国正在大力推广装配式建筑，从住房城乡建设部及各地政府部门都相应出台了装配式建筑实施及鼓励政策。国内学者针对装配式钢筋混凝土结构的静力性能及抗震性能进行了大量研究。装配式建筑在服役期间可能遭受冲击、爆炸荷载作用，而针对装配式混凝土结构抗冲击及抗爆性能研究尚未进行，装配混凝土结构的抗冲击及抗爆性能与现浇结构是否相同？在可能遭受冲击、爆炸荷载作用的区域是否适合采用装配式混凝土结构？这些问题的提出是本项目主要的研究背景。.在国家自然科学基金支持下，本项目已完成的主要研究内容如下：. (1)采用落锤冲击试验、数值模拟和理论分析相结合研究方法，研究了装配式钢筋混凝土梁的抗冲击性能，获得了冲击荷载作用下装配式钢筋混凝土梁破坏模式、冲击力时程、跨中位移时程以及能量特征；比较了冲击荷载作用下装配式与现浇钢筋混凝土梁动力反应及损伤破坏差异；分析了落锤速度、装配位置、冲击能量等对装配式钢筋混凝土梁抗冲击性能的影响。. (2)进行了装配式混凝土柱和现浇柱的野外爆炸试验研究，获得了爆炸荷载作用下装配式混凝土柱的动力反应及破坏模式；比较了爆炸荷载作用下装配式与现浇钢筋混凝土柱的动力反应及损伤破坏差异；利用数值分析方法，研究了轴压比、惯性矩、混凝土强度、箍筋配筋率、纵筋配筋率等参数对装配式混凝土柱抗爆性能的影响。. (3)进行了装配式混凝土板和现浇板的野外爆炸试验研究，获得了爆炸荷载作用下装配式混凝土板的动力反应及破坏模式；比较了爆炸荷载作用下装配式与现浇钢筋混凝土板的动力反应及损伤破坏差异；利用数值分析方法，对装配式与现浇钢筋混凝土板的动力反应及损伤破坏进行模拟计算。. (4)对装配式和现浇钢筋混凝土简支梁进行了数值分析，获得了爆炸荷载作用下装配式混凝土梁的动力反应及破坏模式；比较了爆炸荷载作用下装配式与现浇钢筋混凝土梁的动力反应及损伤破坏差异，分析了装配位置、混凝土强度、惯性矩、箍筋配筋率、纵筋数量等对装配式梁抗爆性能影响。