爆炸荷载下内嵌钢框架混凝土防爆墙动态响应分析

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目前,宗教、民族矛盾、经济摩擦、领土争端等不稳定因素导致各类恐怖事件频发,以汽车炸弹为主的袭击事件易以人群聚集的公共场所或重要建筑物为目标。为避免汽车炸弹对建筑物造成损毁,在建筑物规划和设计需考虑防爆墙防护。防爆墙设置在爆炸源与建筑物之间,能阻隔空气冲击波,耗散爆炸冲击波能量,降低冲击波对建筑物的破坏威力,延缓建筑物倒塌,增加人群逃生时间。  利用有限元方法对概念设计的一种具有“隔”、“耗”、“快”抗爆性能的内嵌钢框架混凝土防爆墙进行动态响应分析,研究防爆墙整体受力情况和动态响应规律;改变防爆墙截面含钢率、墙高和混凝土强度等级,分析单一因素对墙体动态响应的影响规律。得出以下结论:  1、数值模拟中,汽车炸弹爆炸冲击波的传播规律和冲击波超压变化规律与经典爆炸力学理论吻合较好,验证了材料模型、几何模型以及计算方法的正确性。  2、对比传统防爆墙,遭遇爆炸冲击波荷载后,内嵌钢框架混凝土防爆墙因为钢框架具有较大的抗弯刚度,应力在钢框架中得到充分的重分配,所以防爆墙主要通过钢框架的弯曲变形和局部破坏耗散作用在墙体上的能量,抗爆炸能力较强。  3、墙体材料中除爆洞附近混凝土发生脆性破坏外,其余均呈现弹塑性材料性质,应力和位移发生不同程度的波动。  4、截面含钢率可以提高防爆墙的抗弯刚度和延性,促使冲击波应力向墙体自由端转移,提高防爆墙抵抗持续爆炸冲击波能力。防爆墙变形从内凹式局部变形向整体式弯曲变形发展,但含钢率达到1.28%后,含钢率对墙体变形和破坏影响变小。  5、墙高影响作用在防爆墙上的冲击波能量多少,当墙体较高时,冲击波能量主要依靠较大作用面积和墙体的弹塑性材料性能耗散,而墙体较低时,主要依靠墙体的弯曲变形耗散。  6、混凝土强度越高,吸收冲击波中压缩波的能力越强,防爆墙对弯曲变形耗能的依靠越小,墙体抵抗爆炸冲击波能力越强。
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