混凝土空心砌块墙抗爆性能及关键加固技术研究

The accidental blast events caused by terrorists attacks or careless operations will bring great harm to human life and properties. Investigations on the dynamic responses of building structures under the blast impact are the main focus in the area of defense engineering. Under the blast and impact, the damaged brick wall may eject backwards, while the damage extent of the wall has great influences on the blast loading and impulse on the structure. So far, the main researches in this area were concentrated in the bricks fragments under the impact, and the systematic investigations on the anti-blast mechanism and retrofitting or reinforcing measures as well as the related design codes are limited. In this subject, the hollow concrete brick which was widely used in the high-rise buildings will be considered, and the anti-blast properties and retrofit measures of the brick wall will be investigated theoretically, numerically and experimentally. By establishing the strain-rate dependent dynamic damage constitutive model of the hollow concrete bricks and confirming the failure criteria of the brick wall, the numerical simulation method of the brick wall under the blast will be proposed. The damage and failure mechanism of the brick wall under blast load will be revealed. Furthermore, the four reinforcing measures（steel mesh、armor plate、CFRP、 polymer） will be evaluated. The obtained conclusions of this subject will provide basis, method and measures in the anti-blast design and retrofitting of the building structures.

恐怖爆炸袭击或意外爆炸事件引发的各种偶然性爆炸事故，使建筑结构的抗爆防爆研究成为防灾减灾工程领域的重要研究方向。在爆炸作用下，建筑物墙体极易发生破坏飞散，墙体的损伤破坏直接影响到墙体周边结构构件上的荷载和结构的整体稳定性。目前国外对于墙体抗爆性能的研究主要是针对爆炸产生的碎片和墙体的加固技术，而我国这方面的研究才刚刚起步，还没有系统提出专门用于墙体抗爆加固的设计方法。本申请课题针对高层建筑中广泛使用的混凝土空心砌块墙的抗爆特性、加固技术等问题进行系统的研究，综合运用理论分析、数值计算和试验研究相结合的手段，建立墙体材料的率型动态损伤本构模型，确定合理的墙体破坏准则，建立墙体抗冲击爆炸数值模拟计算方法，揭示爆炸条件下混凝土空心砌块墙的损伤破坏机理，评估墙体抗爆四种加固方法（钢丝网、钢板、CFRP、弹性聚合物）的抗爆性能，对比分析各种加固方法的优缺点，确定出经济可靠的加固方案。

恐怖爆炸袭击或意外爆炸事件引发的各种偶然性爆炸事故，使建筑结构的抗爆防爆研究成为防灾减灾工程领域的重要研究方向。在爆炸作用下，建筑物墙体极易发生破坏飞散，墙体的损伤破坏直接影响到墙体周边结构构件上的荷载和结构的整体稳定性。目前国外对于墙体抗爆性能的研究主要是针对爆炸产生的碎片和墙体的加固技术，而我国这方面的研究才刚刚起步，还没有系统提出专门用于墙体抗爆加固的设计方法。课题组通过试验、数值及理论相结合的方法，对墙体的抗爆特性、加固技术等问题进行系统的研究。采用实验室试验的方法，对填充墙材料（砂浆、砌体）的抗压力学性能进行了室内试验测试，获得了材料的抗压力学性能指标。采用野外试验方法，建立1/2大比例模型，对填充墙抗爆性能及加固技术进行研究，分析研究了未加固墙体的抗力性能、破坏模式、碎块分布和飞散情况，结果表明未加固墙体的破坏主要由砂浆灰缝层的破坏引起的；采用钢丝网、钢板条和CFRP条三种方法加固墙体，加固后墙体的抗爆能力明显增强。采用数值模拟的方法，建立墙体材料的率型动态损伤本构模型，确定合理的墙体破坏准则，建立墙体抗冲击爆炸精细化的有限元模型，模拟了爆炸作用下墙体的损伤破坏过程，揭示爆炸条件下墙体的损伤破坏机理，针对不同的比例距离确定了墙体的四个破坏等级，建立了墙体抗爆性能的快速评估方法；根据实验室测得的三种不同加固材料的基本力学性能，合理选取和确定了有限元计算的材料模型及计算参数，确定了加固材料与墙之间接触的有限元模拟方法，模拟了爆炸荷载作用下加固墙体的破碎过程，结合试验结果，对爆炸荷载作用下3种加固墙体的抗爆性能和动力响应特征进行研究，综合评估三种加固方法的优缺点，钢丝网加固效果最好，费效比也最高。在理论研究方面，总结提炼了未加固墙体横向抗力的理论计算方法，并加以改进，建立了加固墙体横向抗力的理论计算方法。本项目的研究填补了墙体抗爆加固方面的空白，为进一步深入研究建筑结构的抗爆性能和抗爆加固水平提供了基础。