爆炸作用下玻璃幕墙的破坏机理与性能研究

现有关于玻璃幕墙结构的研究均集中在静力荷载作用下的设计与计算。近年来，发生了一些爆炸冲击等偶然荷载作用下的建筑破坏事故，而玻璃幕墙作为建筑的外围护结构，它的抗爆性能显得尤为重要。但研究爆炸冲击荷载作用下的幕墙结构的工作性能涉及冲击荷载作用下夹层玻璃PVB胶片的本构关系、夹层玻璃的非线性动力分析、玻璃幕墙-冲击波流固耦合作用等复杂的基础问题。本课题是在中央电视台新台址大楼玻璃幕墙抗爆炸试验的基础上，结合抗爆炸试验和数值仿真模拟手段，进行玻璃幕墙在抗爆作用下的破坏机理和性能的研究。通过对比爆炸仿真与试验测量结果，找出适合玻璃幕墙爆炸仿真的理论方法和关键技术，对影响玻璃幕墙抗爆炸能力的主要因素和规律进行分析，找到控制设计因素及方法，为制订玻璃幕墙抗爆炸设计规范提供理论依据。通过本课题的研究有望为重大玻璃幕墙结构的抗爆炸设计提供科学依据，填补国内空白，开始实现我国从幕墙应用大国到研究强国的转变。

中文摘要：爆炸荷载作用下玻璃幕墙的破坏机理涉及到PVB胶片的本构关系、夹层玻璃静力作用下力学模型、爆炸冲击荷载-玻璃流固耦合作用等前沿问题，国内外在这些方面的研究还未取得突破性进展。因此课题通过试验手段建立PVB胶片的本构关系，通过夹层玻璃静力试验及数值模拟，建立与实际受力相符的力学模型，在此基础上进行抗爆炸试验及数值模拟的研究分析，对玻璃幕墙在爆炸作用下的破坏机理和性能研究进行研究，为玻璃幕墙的抗爆炸设计有价值的参考。得到了夹层玻璃PVB胶片在不同温度及加载速率下的本构关系模型；进行了四边简支夹层玻璃的承载力试验及数值模拟研究，建立了与实际受力相符的夹层玻璃力学模型；进行了不同类型玻璃面板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应试验，研究了不同玻璃类型的破坏形式；在试验的基础上进行了爆炸荷载作用下玻璃面板动力响应的有限元分析，并考虑了不同参数（玻璃尺寸、厚度）对玻璃面板抗爆性能的影响；采用多物质ALE算法进行了了炸药作用下爆炸的产生以及爆炸冲击波与玻璃面板结构之间的耦合作用的数值分析；基于试验及有限元结果，提出了爆炸冲击荷载作用下玻璃幕墙动力响应的简化分析方法。