兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1374-1383.doi: 10.12382/bgxb.2022.0024
杨光瑞1, 汪维1,*(), 杨建超2, 汪剑辉2, 王幸2
收稿日期:
2022-01-07
上线日期:
2022-06-30
通讯作者:
基金资助:
YANG Guangrui1, WANG Wei1,*(), YANG Jianchao2, WANG Jianhui2, WANG Xing2
Received:
2022-01-07
Online:
2022-06-30
摘要:
为研究聚异氰氨酸酯噁唑烷聚合物高分子材料(POZD)涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能,对波纹钢加固钢筋混凝土板和POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板展开接触爆炸试验,并对其破坏特征进行对比分析。采用LS-DYNA软件进行有限元模拟,研究POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征,分析装药量局部毁伤效应的影响,并从应力波传播的角度揭示POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏机理。试验和数值结果表明:在接触爆炸作用下,POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板呈现4种破坏模式(结构迎爆面开坑;结构迎爆面开坑,背爆面混凝土层裂和POZD涂覆波纹钢鼓包变形;混凝土板贯穿破坏,POZD涂覆波纹钢严重鼓包变形;整个结构被贯穿破坏穿破坏);在波纹钢加固钢筋混凝土板背爆面涂覆POZD涂层能有效加强结构的抗爆性能。研究成果可为实际工程应用和防护工程提供参考依据。
杨光瑞, 汪维, 杨建超, 汪剑辉, 王幸. POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板抗爆性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1374-1383.
YANG Guangrui, WANG Wei, YANG Jianchao, WANG Jianhui, WANG Xing. Blast Resistance of Reinforced Concrete Slabs Strengthened with POZD Coated Corrugated Steel[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(5): 1374-1383.
序号 | 模型 编号 | 底面内衬材料/mm | TNT药 量/g | 破坏状态 | |
---|---|---|---|---|---|
钢板 | POZD | ||||
1 | STB | 3 | 0 | 3000 | 波纹钢板破损 |
2 | SPB | 3 | 12 | 4000 | 波纹面POZD涂层无破损 |
表1 试验工况
Table 1 Test program
序号 | 模型 编号 | 底面内衬材料/mm | TNT药 量/g | 破坏状态 | |
---|---|---|---|---|---|
钢板 | POZD | ||||
1 | STB | 3 | 0 | 3000 | 波纹钢板破损 |
2 | SPB | 3 | 12 | 4000 | 波纹面POZD涂层无破损 |
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | σY/MPa | Et/MPa |
---|---|---|---|---|
230 | 0.4 | 1.19 | 1.38 | 3.5 |
表2 POZD材料参数
Table 2 POZD material parameters
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | σY/MPa | Et/MPa |
---|---|---|---|---|
230 | 0.4 | 1.19 | 1.38 | 3.5 |
c/(km·s-1) | ν | fc/MPa | ρ/(g·cm-3) | 失效参数 |
---|---|---|---|---|
2.82 | 0.19 | 20 | 2.6 | 0.01 |
表3 混凝土材料参数
Table 3 Concrete material parameters
c/(km·s-1) | ν | fc/MPa | ρ/(g·cm-3) | 失效参数 |
---|---|---|---|---|
2.82 | 0.19 | 20 | 2.6 | 0.01 |
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | σY/MPa | C/s-1 | P |
---|---|---|---|---|---|
210 | 0.3 | 7.86 | 240 | 13.8 | 5 |
表4 波纹钢材料参数
Table 4 Corrugated steel material parameters
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | σY/MPa | C/s-1 | P |
---|---|---|---|---|---|
210 | 0.3 | 7.86 | 240 | 13.8 | 5 |
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | γ/GPa | β |
---|---|---|---|---|
210 | 0.3 | 7.86 | 0.40 | 1 |
表5 钢筋材料参数
Table 5 Rebar material parameters
E/GPa | ν | ρ/(g·cm-3) | γ/GPa | β |
---|---|---|---|---|
210 | 0.3 | 7.86 | 0.40 | 1 |
e0/ (MJ·kg-1) | A/ GPa | B/ GPa | R1 | R2 | V0 | ω | ρ/ (g·cm-3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
7.0 | 371.2 | 3.23 | 4.15 | 0.95 | 1.0 | 0.3 | 1.610 |
表6 TNT炸药材料参数
Table 6 Explosive material parameters
e0/ (MJ·kg-1) | A/ GPa | B/ GPa | R1 | R2 | V0 | ω | ρ/ (g·cm-3) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
7.0 | 371.2 | 3.23 | 4.15 | 0.95 | 1.0 | 0.3 | 1.610 |
e0/(MJ·kg-1) | V0 | γ | ρ/(g·cm-3) |
---|---|---|---|
2.068×105 | 1.00 | 1.4 | 1.293 |
表7 空气材料参数
Table 7 Air material parameters
e0/(MJ·kg-1) | V0 | γ | ρ/(g·cm-3) |
---|---|---|---|
2.068×105 | 1.00 | 1.4 | 1.293 |
试验与数 值结果 | 爆坑直 径/mm | 冲切道 直径/mm | 鼓包长 径/mm | 鼓包短 径/mm | 鼓包高 度/mm |
---|---|---|---|---|---|
试验结果 | 300 | 141 | 750 | 300 | 105 |
数值结果 | 280 | 136 | 742 | 289 | 130 |
表8 STB试件试验与数值结果
Table 8 Test and numerical results of STB specimen
试验与数 值结果 | 爆坑直 径/mm | 冲切道 直径/mm | 鼓包长 径/mm | 鼓包短 径/mm | 鼓包高 度/mm |
---|---|---|---|---|---|
试验结果 | 300 | 141 | 750 | 300 | 105 |
数值结果 | 280 | 136 | 742 | 289 | 130 |
试验与数 值结果 | 爆坑直 径/mm | 冲切道直 径/mm | 鼓包长 径/mm | 鼓包短 径/mm | 鼓包高 度/mm |
---|---|---|---|---|---|
试验结果 | 323 | 162 | 963 | 352 | 91 |
数值结果 | 358 | 186 | 997 | 376 | 96 |
表9 SPB试件试验与数值结果
Table 9 Test and numerical results of SPB specimen
试验与数 值结果 | 爆坑直 径/mm | 冲切道直 径/mm | 鼓包长 径/mm | 鼓包短 径/mm | 鼓包高 度/mm |
---|---|---|---|---|---|
试验结果 | 323 | 162 | 963 | 352 | 91 |
数值结果 | 358 | 186 | 997 | 376 | 96 |
试件编号 | 装药量/g | 迎爆面开坑 直径/mm | 混凝土冲切道 直径/mm | 背爆面鼓包 长径/mm | 背爆面鼓包 短径/mm | 背爆面鼓包 高度/mm | 整体性 | 是否能继续 承载 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
STB | 4 000 | 361 | 191 | / | / | / | 差 | 否 |
SPB | 4 000 | 358 | 186 | 997 | 376 | 96 | 好 | 能 |
表10 试件损伤分析
Table 10 Specimen damage analysis
试件编号 | 装药量/g | 迎爆面开坑 直径/mm | 混凝土冲切道 直径/mm | 背爆面鼓包 长径/mm | 背爆面鼓包 短径/mm | 背爆面鼓包 高度/mm | 整体性 | 是否能继续 承载 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
STB | 4 000 | 361 | 191 | / | / | / | 差 | 否 |
SPB | 4 000 | 358 | 186 | 997 | 376 | 96 | 好 | 能 |
工况 编号 | 装药量/ kg | 钢板厚 度/mm | POZD厚 度/mm | 最大跨中 位移/mm | 破坏 模式 |
---|---|---|---|---|---|
SPB1 | 1 | 3 | 12 | / | 正面开坑 |
SPB2 | 2 | 3 | 12 | 42 | 背面层裂 |
SPB3 | 3 | 3 | 12 | 73 | 爆炸贯穿 |
SPB4 | 4 | 3 | 12 | 96 | 爆炸贯穿 |
SPB5 | 5 | 3 | 12 | 116 | 爆炸贯穿 |
SPB6 | 6 | 3 | 12 | / | 爆炸冲切 |
表11 数值结果
Table 11 Numerical results
工况 编号 | 装药量/ kg | 钢板厚 度/mm | POZD厚 度/mm | 最大跨中 位移/mm | 破坏 模式 |
---|---|---|---|---|---|
SPB1 | 1 | 3 | 12 | / | 正面开坑 |
SPB2 | 2 | 3 | 12 | 42 | 背面层裂 |
SPB3 | 3 | 3 | 12 | 73 | 爆炸贯穿 |
SPB4 | 4 | 3 | 12 | 96 | 爆炸贯穿 |
SPB5 | 5 | 3 | 12 | 116 | 爆炸贯穿 |
SPB6 | 6 | 3 | 12 | / | 爆炸冲切 |
[1] |
doi: 10.1016/j.jobe.2021.103763 URL |
[2] |
doi: 10.1016/j.tafmec.2011.11.002 URL |
[3] |
闫俊伯, 刘彦, 李亚飞, 等. 不同强度混凝土及钢筋对钢筋混凝土柱抗爆性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(3):531-543.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
doi: 10.1016/j.mechmat.2013.03.008 URL |
[6] |
王喜梦, 刘均, 陈长海, 等. 近距空爆载荷下钢板/聚脲复合结构动响应特性仿真[J]. 中国舰船研究, 2021, 16(2):116-124.
|
|
|
[7] |
王琪, 贾子健, 赵鹏铎, 等. 聚脲涂覆钢复合结构的抗爆效应[J]. 高压物理学报, 2020, 34(6):53-60.
|
|
|
[8] |
doi: 10.1016/j.mechmat.2009.09.009 URL |
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106958 URL |
[11] |
doi: 10.1016/j.jcsr.2021.106853 URL |
[12] |
|
[13] |
王威, 张龙旭, 苏三庆, 等. 波形钢板剪力墙抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2018, 39(5):36-44.
|
|
|
[14] |
周小淇, 黄俊, 李海光. 波纹钢板—混凝土组合梁的力学性能研究[J]. 地下空间与工程学报, 2020, 16(2):657-663.
|
|
|
[15] |
汪维, 杨建超, 汪剑辉, 等. POZD涂层方形钢筋混凝土板抗接触爆炸试验研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(12):121402-1-21402-10.
|
|
|
[16] |
杨建超, 汪剑辉, 陈力, 等. POZD涂层钢筋混凝土板抗震塌性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(1):134-140.
|
|
|
[17] |
|
[18] |
doi: 10.1016/j.compositesb.2022.109858 URL |
[19] |
|
[20] |
赵春风, 何凯城, 卢欣, 等. 弧形与平面双钢板混凝土组合板抗爆性能对比研究[J]. 建筑钢结构进展, 2021, 23(7):89-96.
|
|
|
[21] |
陈锐林, 李康, 董琪, 等. CFRP加固钢筋混凝土板爆炸冲击作用下动力响应分析的数值模拟[J]. 铁道科学与工程学报, 2020, 17(6):1518-1527.
|
|
|
[22] |
|
[23] |
doi: 10.1016/j.soildyn.2005.02.007 URL |
[24] |
doi: 10.1016/j.ijrmms.2020.104352 URL |
[25] |
doi: 10.1016/j.ijimpeng.2008.07.022 URL |
[1] | 姚梦雷, 侯海量, 李典, 谢悦. 舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 837-854. |
[2] | 周广盼, 王荣, 王明洋, 丁建国, 张国凯. 涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥主梁抗爆性能试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 9-25. |
[3] | 沈超, 张磊, 周章涛, 刘建湖. 水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1050-1061. |
[4] | 邓希旻, 田泽, 武海军, 王浩, 黄风雷. 上下非对称结构弹体侵彻金属薄板的特性及薄板破坏形式[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3836-3850. |
[5] | 刘巍, 马宏昊, 徐钦明, 姚象洋, 赵勇, 杨科, 杨辉, 沈兆武. 浅埋炸药加载下含空穴泡沫铝夹芯板动态响应机制[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3613-3621. |
[6] | 夏柳, 武伟超, 潘艾刚, 王亚飞, 王强, 闫伸. 单点及三点阵列毁伤模式对钢筋混凝土梁的毁伤效能比较[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3851-3861. |
[7] | 亓晓鹏, 张杰, 赵婷婷, 王志勇, 王志华. 考虑骨料级配的混凝土靶板接触爆炸破坏模式[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3641-3653. |
[8] | 赵泽虎, 李祥龙, 胡启文, 王建国. 含铜石榴黑云片岩动态力学特性及损伤本构模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3805-3814. |
[9] | 宁建国, 杨帅, 李玉辉, 许香照. 低温/常温养护下混凝土的本构模型和抗爆试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2932-2943. |
[10] | 柴崧淋, 侯海量, 金键, 李典, 李永清. 水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(6): 1395-1406. |
[11] | 张震东, 王雪琴, 任杰, 刘峥, 高原, 王玺. 连续碳纤维增强环氧树脂复合材料圆管多胞结构的准静态压缩响应[J]. 兵工学报, 2022, 43(5): 1185-1193. |
[12] | 王成, 杨靖宇, 迟力源, 王万里, 陈泰年. 钢筋混凝土端面重墙结构的抗爆性能规律[J]. 兵工学报, 2022, 43(1): 131-139. |
[13] | 梁浩哲, 张庆明, 龙仁荣, 任思远. 深水爆炸下凸型加筋锥柱壳结构的破坏模式[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 987-996. |
[14] | 闫俊伯, 刘彦, 李亚飞, 徐梓熙, 黄风雷. 不同强度混凝土及钢筋对钢筋混凝土柱抗爆性能的影响[J]. 兵工学报, 2021, 42(3): 530-544. |
[15] | 伍鹏, 李高春, 韩永恒, 赵汝岩, 谭洁, 刘著卿. 固体火箭发动机矩形粘接试件多角度拉伸过程变形测量与破坏模式[J]. 兵工学报, 2020, 41(11): 2234-2242. |
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