建筑结构的爆炸效应及损伤评估研究

建筑结构除了承受准静态荷载以外，也可能遭受爆炸恐怖袭击、偶然燃气爆炸等各种因素引发的爆炸冲击荷载。研究整体结构及构件在爆炸冲击荷载下的动态响应及损伤评估具有非常重要的理论意义与工程参考价值。本研究根据普通混凝土、砖、砂浆、轻质混凝土在高应变率下的材料性能建立合理的材料动态本构关系，用于单个构件或整体结构的爆炸效应分析；考虑爆炸荷载本身的离散性，采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法对钢筋混凝土梁、柱及砌块墙体在爆炸荷载作用下的动态响应、破坏模式和破坏机理进行研究，确定合理的构件破坏准则，得到构件的损伤评估方法，用于判断、预测构件在爆炸荷载作用下是否会丧失承载力。研究成果为结构的防护设计提供理论依据，可以对该领域内的研究进行有益的补充和改进。

由于偶然燃气爆炸、恐怖袭击等引发的爆炸荷载会对建筑结构、人员及财产造成极大的危害。爆炸荷载的特性与静态和拟静态荷载有显著的区别，材料及结构在其作用下的力学性能及结构响应也不同于静态响应，具有非常复杂的力学性能、破坏模式、破坏机理，均有待于做进一步的研究。.本项目利用理论分析、数值模拟和试验验证相结合的方法，对混凝土材料、砖砌材料的动态力学性能，混凝土结构构件、砌体结构、钢管混凝土结构在爆炸荷载作用下的动态响应、破坏模式、破坏准则进行了研究，进而对各类构件在不同爆炸荷载作用下的损伤程度进行了评估。其研究成果可以为建筑结构的抗爆设计计算提供理论依据，具有一定的理论意义及工程应用前景。.本项目的主要研究内容及成果如下：.（1）.收集了国内外关于混凝土材料、砖、砂浆在高应变率下的力学性能试验数据，综述了其动态力学性能，并基于弹塑性理论、损伤理论，建立了材料的动态本构模型，并与试验资料进行了比较，验证了其合理性；.（2）.对于砖砌墙体、混凝土砌块墙体在爆炸荷载作用下的动态响应进行了一系列的数值模拟，分析了其破坏模式，建立了墙体三阶段的破坏准则，即倒塌、不可修及可修三种破坏准则，并与已有试验结果进行比较以验证了其正确性；.（3）.针对钢筋混凝土柱、普通钢管混凝土柱及复式钢管混凝土柱进行了爆炸效应的数值模拟和简化理论分析，研究了其在各种爆炸工况下的破坏模式，建立其破坏准则，并进行了参数分析，分析了截面形状、钢材强度等级、空心率、含钢率等对抗爆性能的影响，并将数值模拟结果与理论分析结果、已有试验数据进行了比较，验证了其合理性；.（4）.针对钢筋混凝土板进行了爆炸效应的数值模拟，分析了约束条件、材料强度、板厚、跨高比等参数对结果的影响，并分析了各种工况下的破坏模式，建立了其破坏准则；.（5）.综述了建筑内燃气爆炸的基本作用机理以及灾害特点，总结了国外计算压力峰值的计算公式，并基于这些公式对厨房发生燃爆事故的超压进行了理论计算。从泄压口面积和泄压口封闭物两个方面，讨论了泄压对燃爆荷载的影响，建立了简化的燃气爆炸荷载模型；. 该项目研究成果已在国内外重要期刊上发表论文篇，其中被SCI、ISTP收录5篇，被EI收录9篇。本项目的部分研究成果与负责人承担的其他项目研究成果获得2011年度陕西省科学技术奖1等奖，负责人排名第二。基于本项目的研究，已指导培养硕士8名，博士1名。