当前位置: 主页 > 产品介绍 >
产品介绍

爆炸荷载作用下典型建筑构件破坏特征试验研究

发布时间:2019-08-12 11:24 作者: 点击:

近年来,恐怖事件和爆炸事件造成越来越多的伤亡和财产损失。为了减少损失,对爆炸荷载作用下砌体墙体和玻璃破坏特征的研究越来越严重。在各种砌体墙体防爆材料中,碳纤维材料(CFRP)具有相对稳定的耐腐蚀性和耐久性[1~3],抗拉强度高,自重小,但目前对砌体墙体碳纤维加固的研究[4] ?6]仍处于初始阶段;在风荷载和静载荷作用下,抗爆玻璃结构的研究取得了很多成果[7-8],但对爆炸荷载作用下玻璃的损伤特性研究较少。

针对上述问题,进行了爆破荷载作用下砌体墙体和玻璃破坏特征的试验研究。首先,通过实验证明了碳纤维对砌体墙的加固效果。然后用数值模拟软件AUTODYN研究了不同纤维厚度对砌体墙体抗爆性能的影响。当碳纤维的厚度在0.1-0.5mm范围内时,增强效果最明显。最后,比较了钢化夹层玻璃和普通夹层玻璃的防爆性能。研究爆炸荷载作用下砌体墙体和玻璃的破坏特征具有重要意义。

1砌体墙结构的爆炸试验研究

1.1测试计划

测试对象是两层房屋模型,三个混凝土箱(每个1600千克)和三个钢筋混凝土柱。砌体墙的宽度为3.6米,高度为2.0米,厚度为0.24米。具体结构如图1所示。

爆炸荷载作用下典型建筑构件破坏特征试验研究

测试结构是一个双层双框架房屋模型,由墙和钢筋混凝土柱组成。所测试的钢筋混凝土柱为钢筋混凝土柱C1,无钢筋,钢筋混凝土柱C2包裹碳纤维布,碳纤维布加固,钢筋混凝土柱C3仅用碳纤维布缠绕;测试的墙没有加固。壁W1,仅粘附碳纤维布的壁面W2,壁面W3与碳纤维布粘接并由螺栓周围固定,壁面W4与碳纤维布粘接并固定螺栓周长和中心;盒子模拟了楼上的负载。

1.2测试结果和分析

(1)测试现象和损坏特性

前两次试爆产生的冲击波很小,基本上看不到砌体墙的破坏。第三次试爆后,砌体墙产生了明显的破坏。从整个试验过程可以看出,在爆炸载荷作用下,碳纤维加固前后砌体墙的破坏特征明显改变。没有任何加固措施的墙体W1被完全破坏,墙体碎片很大,飞溅很远;只有用碳纤维布增强的壁面W2基本上没有壁碎片并且整体上是分离的;墙体W3具有更好的加固效果更好墙体W4没有整体损坏,但墙体的裂缝方向明显不同,因为加强两者的措施是不同的。墙体W1在爆炸冲击波的作用下没有任何加固措施,只有爆炸载荷达到墙体开裂载荷,灰烬接头首先产生破坏,然后整个墙体的裂缝迅速扩大,墙体损坏,整个工艺时间很短,呈现典型的脆性破坏特征。

具有更好碳纤维增强的壁W3和W4具有比W2更好的损伤特性。碳纤维与墙体的耦合效果越好,损伤特性越不明显,在爆炸载荷后,只能在墙体W3,W4等砂浆中产生微小裂缝;如果碳纤维和墙壁的耦合效果很差。在爆炸载荷达到极限载荷后,粘合表面将被剥离。例如,壁面W2在爆炸载荷的作用下,碳纤维不能与砖石墙一起承载,导致壁的承载能力降低。最终整个墙都被摧毁了。

从上述试验可以看出,碳纤维加固后,不仅参与了墙体的承载,而且改变了砌体墙体结构的力学特性,明显提高了砌体的抗爆性能。壁。 (2)测试结果分析

从墙体的变形试验结果可以看出,CFRP加固不仅可以提高砌体墙体的整体承载力,而且可以显着提高墙体的抗变形能力。当CFRP用于加固砌体墙时,如果仅在没有加固措施的情况下进行粘结,当爆炸载荷达到极限载荷时,CFRP将从墙壁上剥离并且脆性壁将变脆。当中心或边界加强时,即使爆炸载荷达到极限载荷,CFRP和墙壁也只是部分剥离,这明显增强了砌体墙抗变形的能力。

从墙体的荷载响应可以看出,没有任何加固的墙体W1只能承受较小的爆炸载荷而容易损坏;即使爆炸载荷达到最终载荷,用CFRP加固的墙体W2也只能脱落。没有墙壁碎片。因此,CFRP加固对砌体墙的承载力有明显影响。

在试验期间,由压力传感器1,2,3和4在表1的爆炸条件下收集的压力数据示于图3和4中。 3到5。

从图3至图5可以看出,随着爆炸距离的减小,试验得到的压力峰值逐渐变大;在试验中测得的碳纤维对砌体墙的抗爆能力有显着改善,最高可达到4MPa。

当超压峰值不超过0.2MPa时,四个砌体墙体不会受损,这表明当低于0.2MPa时,爆炸冲击波不会破坏砌体墙体。

当超压峰值在0.2至1MPa的范围内时,首先破坏没有任何加强件的壁W1,并且损坏特征是砖石墙的砖完全彼此分离并冲入建筑物。这种状态将不可避免地损害建筑物内的设施和人员。当喷射负荷的超压峰值达到1MPa时,壁W2的上端和下端的锚固完全破裂,并且壁完全脱离。这是因为壁W2由CFRP加固,但边界不固定,保护效果无效。 W2墙的砖块没有损坏。这是因为块之间的接合处在强度极限处破裂并且整体被抛出,但是保护膜阻挡并占据向外突出的砖。阻挡,使其无法弹出建筑物内部。这表明,墙体的碳纤维加固可以有效地防止散布块的弹出,提高砌体墙体的抗爆能力。

比较壁W3和W4,当爆炸载荷的超压峰值达到2MPa和4MPa时,它们都受到轻微损坏;这是由于CFRP布的加固,导致壁的纵向压缩。墙3和4由砌体和CFRP共同支撑,但砌体的弹性模量远小于CFRP的弹性模量。 CFRP在砌体承载过程中抑制了墙体的侧向变形,而墙体W3和W4采用了不同的加固方法对墙体施加不同的加固效果,因此墙体W3和W4的三向压缩状态不是完全相同,这导致墙体的承载能力不同,但两者都可以延缓砌体裂缝的产生和扩展,提高砌体墙体的承载力。

从上述试验分析可以得出结论,当砌体受到压缩载荷时,双向横向压应力作用于砂浆中,砖受到双向横向拉应力,这是造成损坏的原因之一。在较低负荷下的砖。在CFRP布用于加固砌体表面后,CFRP布的约束使砖本身产生双向横向压应力,从而提高砖的抗拉强度,从而提高砌体墙的整体承载力。

为了研究不同碳纤维厚度对砌体墙的加固效果,采用AUTODYN软件进行了数值模拟。碳纤维的厚度分别为0.1mm,0.5mm和0.9mm。测试结果如图6和图7所示。

从图6和图7中可以看出,在CFRP用于加固墙体后,随着CFRP厚度的增加,砌体墙体在爆炸荷载作用下的位移不会减小,而是会增加,这是由于砌体。在爆炸冲击波的作用下,墙壁容易发生严重的剪切破坏,出现整体大裂缝,从而失去承载能力。用于砌体墙体加固的碳纤维具有良好的力学性能,其抗拉强度是普通钢的10倍以上。然而,碳纤维的各向异性特性使碳纤维丝不能参与轴承。在较低的载荷条件下,较高应力的碳纤维首先达到拉伸强度极限并断裂,然后其他碳纤维丝逐渐达到其自身的拉伸强度。强度极限直到碳纤维增强层完全被破坏。

在爆炸过程中,随着碳纤维的厚度变大,碳纤维和砖石墙的中空纤维的空心化变得更加严重,导致碳纤维无法参与砖石的承载。墙体,使砌筑墙体不能达到加固的目的,所以在使用碳纤维加固时,必须注意碳纤维厚度的影响。当碳纤维用于增强墙壁时,多层碳纤维将影响其增强性能。为避免碳纤维脆性断裂,加强层不应大于5层。从碳纤维力的角度来看,单层增强比多层增强更好。可以看出,整体壁的应力变化是当增强碳纤维的厚度在0.1-0.5mm的范围内时,碳纤维可以显着提高壁的承载能力。当碳纤维厚度为0.2mm时,该壁具有最强的承载能力,这与工程中用于墙体加固的碳纤维的厚度一致。因此,当碳纤维用于增强砌筑墙时,综合考虑消耗品和增强效果,并且碳纤维的厚度应在0.1至0.5mm的范围内。

爆炸荷载作用下典型建筑构件破坏特征试验研究

为了研究钢化夹层玻璃与普通夹层玻璃之间抗爆性能的差异,试验中使用的玻璃尺寸为1095mm×1395mm。玻璃性能符合GB9962国家标准,中间夹层材料为PVB板。具体型号规格如表2所示。

两种玻璃均在10千克的爆炸载荷(爆炸距离9米)和20千克的TNT(爆炸距离11米)下进行测试。测试结果如表3所示。

其中,普通夹层玻璃在两种爆炸载荷的作用下被破坏,破坏中心被撕裂,但玻璃从窗框中脱出,在TNT质量为20kg的作用下产生部分碎片。

对于在上述爆炸载荷下的回火夹层玻璃,玻璃不会从窗框上脱落,也不会产生碎屑。在TNT质量为20kg(爆炸距离11m)的爆炸载荷下,普通夹层玻璃与窗框完全分离,钢化夹层玻璃不会从窗框上脱落。试验结果表明,6mm + 6mm钢化夹层玻璃具有抗爆性。性能高于普通6mm + 6mm的夹层玻璃;两者的伤害程度不同。普通夹层玻璃中出现大量玻璃碎片,钢化夹层玻璃的裂纹在开裂时迅速膨胀到整个玻璃,减少了玻璃的局部部分。应力使得整块玻璃相对完整地存放,仅产生极少量的玻璃。

从试验结果可以看出,当超压峰值小于0.6453 MPa时,普通夹层玻璃不会从窗框上脱落,只会产生少量玻璃碎片,只会造成小范围的损坏。当超压峰值超过0.6841MPa时,普通的夹层玻璃与窗框完全分离,产生大量的玻璃碎片,造成周边的大范围损坏;从钢化夹层玻璃的试验结果可以看出,当超压峰值达到0.8102MPa时,回火夹层玻璃也不会从窗框上脱落,对周围环境造成的损害较小。从TNT质量20kg的试验结果可以看出,普通夹层玻璃的防爆能力明显低于回火夹层玻璃;从窗框拆下的普通夹层玻璃的超压峰值阈值在0.6453~0.6841MPa范围内;窗框夹层玻璃的超压峰值阈值大于0.8102 MPa,表明钢化夹层玻璃应用于建筑物的防爆设计,以提高安全性。

上一篇:创建示范性高职办学模式与办学理念研究

下一篇:中日古建筑研究

关闭

Copyright © 2002-2027 杏耀娱乐平台版权所有 备案号:赣ICB备45452131号