兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 864-874.doi: 10.12382/bgxb.2022.0897
刘举1, 张国凯1,*(), 王振1, 姚箭1, 李杰2, 于思远1, 纪玉国1
收稿日期:
2022-10-06
上线日期:
2023-01-11
通讯作者:
基金资助:
LIU Ju1, ZHANG Guokai1,*(), WANG Zhen1, YAO Jian1, LI Jie2, YU Siyuan1, JI Yuguo1
Received:
2022-10-06
Online:
2023-01-11
摘要:
作为一种高能量密度炸药,温压炸药的爆炸毁伤效应及毁伤机理有别于传统炸药。结合敞开空间温压炸药爆炸冲击波及热效应试验,研究温压炸药爆炸冲击波特征及传播规律,采用高速摄像技术和光纤多谱线测温技术分析爆炸火球演化特征及火球表面温度变化规律。为研究温压炸药爆炸荷载对钢筋混凝土结构的毁伤效应,针对两种典型钢筋混凝土梁开展不同比例爆距下的爆炸试验,阐明两种钢筋混凝土梁在不同药量、不同爆距下的破坏特征和毁伤规律。研究结果表明:相比TNT炸药,温压炸药爆炸冲击波具有超压峰值大、正压作用时间长及峰值衰减缓慢的特点,温压炸药爆炸最高温度达到2400K,超过1000K的高温持续时间超过160ms,高冲量爆炸冲击及持续高温作用导致钢筋混凝土结构受到更大程度的毁伤破坏。结合药量对毁伤规律的影响,提出钢筋混凝土梁在温压炸药近区(0.20~0.75m)爆炸荷载条件下基于比例爆距和药量的毁伤判据。
中图分类号:
刘举, 张国凯, 王振, 姚箭, 李杰, 于思远, 纪玉国. 温压炸药近爆作用下RC梁破坏特征和毁伤规律试验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 864-874.
LIU Ju, ZHANG Guokai, WANG Zhen, YAO Jian, LI Jie, YU Siyuan, JI Yuguo. Experimental Study on the Damage Characteristics and Laws of RC Beams under Close-in Blast Loading of Thermobaric Explosives[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(3): 864-874.
梁类型 | 缩比内容 | 原型梁尺寸/ mm | 缩比试验梁 尺寸/mm |
---|---|---|---|
跨度 | 6000 | 2000 | |
框架结构梁A | 箍筋间距 | 200 | 70 |
截面尺寸 | 350×600 | 117×200 | |
跨度 | 6000 | 2000 | |
高层结构梁B | 箍筋间距 | 200 | 70 |
截面尺寸 | 250×500 | 83×167 |
表1 两种梁的几何参数
Table 1 Geometric parameters of two beams
梁类型 | 缩比内容 | 原型梁尺寸/ mm | 缩比试验梁 尺寸/mm |
---|---|---|---|
跨度 | 6000 | 2000 | |
框架结构梁A | 箍筋间距 | 200 | 70 |
截面尺寸 | 350×600 | 117×200 | |
跨度 | 6000 | 2000 | |
高层结构梁B | 箍筋间距 | 200 | 70 |
截面尺寸 | 250×500 | 83×167 |
构件编号 | 构件尺寸/mm | 配筋参数 | 爆距/m | 药量/kg | 比例爆距/(m·kg-1/3) |
---|---|---|---|---|---|
A1 | 83×167×2000 | 截面配筋率1.2% 受压钢筋2ϕ6mm 受拉钢筋4ϕ6mm 箍筋ϕ6mm@70mm | 0.75 | 2 | 0.595 |
A2 | 0.50 | 2 | 0.397 | ||
A3 | 0.40 | 2 | 0.317 | ||
A4 | 0.30 | 2 | 0.238 | ||
A5 | 0.50 | 3 | 0.347 | ||
A6 | 0.40 | 3 | 0.277 | ||
A7 | 0.20 | 1 | 0.200 | ||
B1 | 117×200×2000 | 截面配筋率1.2% 受压钢筋4ϕ6mm 受拉钢筋6ϕ6mm 箍筋ϕ6mm@70mm | 0.40 | 2 | 0.317 |
B2 | 0.30 | 2 | 0.238 | ||
B3 | 0.20 | 2 | 0.158 | ||
B4 | 0.40 | 3 | 0.277 |
表2 钢筋混凝土梁的试验工况
Table 2 Test conditions of reinforced concrete beams
构件编号 | 构件尺寸/mm | 配筋参数 | 爆距/m | 药量/kg | 比例爆距/(m·kg-1/3) |
---|---|---|---|---|---|
A1 | 83×167×2000 | 截面配筋率1.2% 受压钢筋2ϕ6mm 受拉钢筋4ϕ6mm 箍筋ϕ6mm@70mm | 0.75 | 2 | 0.595 |
A2 | 0.50 | 2 | 0.397 | ||
A3 | 0.40 | 2 | 0.317 | ||
A4 | 0.30 | 2 | 0.238 | ||
A5 | 0.50 | 3 | 0.347 | ||
A6 | 0.40 | 3 | 0.277 | ||
A7 | 0.20 | 1 | 0.200 | ||
B1 | 117×200×2000 | 截面配筋率1.2% 受压钢筋4ϕ6mm 受拉钢筋6ϕ6mm 箍筋ϕ6mm@70mm | 0.40 | 2 | 0.317 |
B2 | 0.30 | 2 | 0.238 | ||
B3 | 0.20 | 2 | 0.158 | ||
B4 | 0.40 | 3 | 0.277 |
编号 | 药量/kg | 爆距/m | 比例爆距/ (m·kg-1/3) | 迎爆面破坏区 长度/mm | 背爆面震塌区 长度/mm | 纵向破坏 深度/mm | 跨中挠度/ mm | 钢筋裸露长度/ mm | 裂纹数量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
A1 | 2 | 0.75 | 0.595 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 2 |
A2 | 2 | 0.50 | 0.397 | 224 | 0 | 50 | 5 | 0 | 6 |
A3 | 2 | 0.40 | 0.317 | 243 | 0 | 80 | 11 | 50 | 6 |
A4 | 2 | 0.30 | 0.238 | 353 | 431 | 167 | 23 | 200 | 8 |
A5 | 3 | 0.50 | 0.347 | 240 | 300 | 167 | 45 | 210 | 10 |
A6 | 3 | 0.40 | 0.277 | 360 | 520 | 167 | 120 | 420 | 10 |
A7 | 1 | 0.20 | 0.200 | 320 | 360 | 167 | 75 | 260 | 8 |
表3 梁A1~A7的毁伤参数
Table 3 Damage parameters of Beams A1-A7
编号 | 药量/kg | 爆距/m | 比例爆距/ (m·kg-1/3) | 迎爆面破坏区 长度/mm | 背爆面震塌区 长度/mm | 纵向破坏 深度/mm | 跨中挠度/ mm | 钢筋裸露长度/ mm | 裂纹数量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
A1 | 2 | 0.75 | 0.595 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 2 |
A2 | 2 | 0.50 | 0.397 | 224 | 0 | 50 | 5 | 0 | 6 |
A3 | 2 | 0.40 | 0.317 | 243 | 0 | 80 | 11 | 50 | 6 |
A4 | 2 | 0.30 | 0.238 | 353 | 431 | 167 | 23 | 200 | 8 |
A5 | 3 | 0.50 | 0.347 | 240 | 300 | 167 | 45 | 210 | 10 |
A6 | 3 | 0.40 | 0.277 | 360 | 520 | 167 | 120 | 420 | 10 |
A7 | 1 | 0.20 | 0.200 | 320 | 360 | 167 | 75 | 260 | 8 |
编号 | 药量/kg | 爆距/m | 比例爆距/ (m·kg-1/3) | 迎爆面破坏区 长度/mm | 背爆面震塌区 长度/mm | 纵向破坏 深度/mm | 跨中挠度/ mm | 钢筋裸露 长度/mm | 裂纹数量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B1 | 2 | 0.4 | 0.317 | 227 | 0 | 85 | 10 | 0 | 4 |
B2 | 2 | 0.3 | 0.238 | 293 | 500 | 200 | 15 | 310 | 6 |
B3 | 2 | 0.2 | 0.158 | 382 | 510 | 200 | 25 | 410 | 6 |
B4 | 3 | 0.4 | 0.277 | 370 | 470 | 200 | 90 | 330 | 12 |
表4 梁B1~B4的毁伤参数
Table 4 Damage parameters of Beams B1-B4
编号 | 药量/kg | 爆距/m | 比例爆距/ (m·kg-1/3) | 迎爆面破坏区 长度/mm | 背爆面震塌区 长度/mm | 纵向破坏 深度/mm | 跨中挠度/ mm | 钢筋裸露 长度/mm | 裂纹数量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B1 | 2 | 0.4 | 0.317 | 227 | 0 | 85 | 10 | 0 | 4 |
B2 | 2 | 0.3 | 0.238 | 293 | 500 | 200 | 15 | 310 | 6 |
B3 | 2 | 0.2 | 0.158 | 382 | 510 | 200 | 25 | 410 | 6 |
B4 | 3 | 0.4 | 0.277 | 370 | 470 | 200 | 90 | 330 | 12 |
药量/kg | 比例爆距Z/(m·kg-1/3) | 混凝土破碎 | 裂纹开展 | 钢筋弯曲变形 | 挠跨比/% | 破坏程度 |
---|---|---|---|---|---|---|
2 | Z≥0.317 | 小面积脱落 | 少量细小裂纹 | 无裸露 | ≤0.5 | 轻度破坏 |
1,2 | 0.158≤Z<0.317 | 背爆面震塌 | 细小裂纹或少量大裂纹 | 裸露但无明显变形 | ≤3.9 | 中度破坏 |
3 | 0.317<Z≤0.347 | 背爆面震塌 | 细小裂纹或少量大裂纹 | 裸露但无明显变形 | ≤3.9 | 中度破坏 |
3 | Z≤0.317 | 整块脱落 | 大裂纹或贯穿裂纹 | 裸露且弯曲变形 | >3.9 | 重度破坏 |
表5 温压炸药爆炸近区钢筋混凝土梁的毁伤判据
Table 5 Damage criterion of reinforced concrete beams under close-in blast laoding of of thermobaric explosives
药量/kg | 比例爆距Z/(m·kg-1/3) | 混凝土破碎 | 裂纹开展 | 钢筋弯曲变形 | 挠跨比/% | 破坏程度 |
---|---|---|---|---|---|---|
2 | Z≥0.317 | 小面积脱落 | 少量细小裂纹 | 无裸露 | ≤0.5 | 轻度破坏 |
1,2 | 0.158≤Z<0.317 | 背爆面震塌 | 细小裂纹或少量大裂纹 | 裸露但无明显变形 | ≤3.9 | 中度破坏 |
3 | 0.317<Z≤0.347 | 背爆面震塌 | 细小裂纹或少量大裂纹 | 裸露但无明显变形 | ≤3.9 | 中度破坏 |
3 | Z≤0.317 | 整块脱落 | 大裂纹或贯穿裂纹 | 裸露且弯曲变形 | >3.9 | 重度破坏 |
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