爆炸荷载下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构的损伤机理及理论分析研究

In recent years, the bomb attacks on buildings are on the rise and setting blast resistant wall at the perimeter of a building is an effective way to protect the building and reduce its damage from blast attacks. In this research project, a novel curved steel-concrete-steel sandwich wall with high blast resistant capacity will be proposed and its damage mechanism, failure mode and theoretical model under blast loading will be studied, which can facilitate the blast resistant design of such structure. The main research work focuses on (1) studying the dynamic response characteristics, damage mechanism and failure mode of curved steel-concrete-steel sandwich wall under blast loading and offering the method to assess its damage level caused by blast loading, and (2) providing the theoretical model for predicting the dynamic response of curved steel-concrete-steel sandwich wall subjected to blast loading, the P-I diagram for the damage level prediction and the blast resistant design method. The blast resistant performance and damage level assessment method of the novel curved steel-concrete-steel sandwich wall under blast loading as well as the blast resistant design method can be obtained from this project, which will promote the application of such novel structure.

近些年来，针对民用建筑结构的爆炸袭击呈现不断上升趋势，而防爆墙板结构是保护建筑免受爆炸袭击以及降低建筑爆炸破坏程度的重要途径。本项目拟提出具有较强抗爆能力且易于安装的新型拱形钢板夹芯混凝土组合抗爆墙板结构，研究其在爆炸荷载作用下的损伤机理、破坏模式和理论分析模型，以此应用于工程结构抗爆设计。重点开展以下研究：（1）研究拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构在爆炸荷载作用下的动力响应特征与规律、损伤机理、破坏模式与分类，并给出定量化评估结构损伤等级的方法；（2）给出爆炸荷载作用下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板动力响应的理论分析模型和预测结构损伤等级的P-I曲线，形成系统的抗爆设计理论与方法。通过本项目的研究，获得新型拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构的动力抗爆性能、损伤等级评估方法以及系统的抗爆设计理论与方法，推动此新型结构体系在工程抗爆领域的应用。

由于针对建筑结构的爆炸袭击呈现不断上升趋势，本项目提出一种新型拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构，以降低爆炸冲击荷载对结构的破坏程度，并对此新型结构在爆炸冲击荷载下的损伤机理、破坏模式和理论分析模型开展系统研究，完成了以下方面的研究工作：.（1）静力及冲击荷载作用下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板的破坏机理.对静力及冲击荷载下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构开展了试验及有限元研究，揭示了其在静力和冲击荷载作用下的响应特征与规律。并从微观材料的破坏机制、结构的破坏形式、局部破坏特征等多方面，获得结构发生整体或局部破坏的原因。.（2）爆炸荷载作用下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板的精细化有限元建模技术以及模型验证.建立了拱形钢板夹芯混凝土组合墙板在爆炸冲击荷载下的有限元模型，在单元类型、网格划分方法和网格尺寸以及剪力连接件和混凝土间的接触算法等方面进行了深入探索，并利用试验结果验证了有限元模型的正确性与适用性。.（3）爆炸荷载作用下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板的破坏模式、损伤机理以及损伤等级评估方法研究.对拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构在爆炸荷载作用下的响应开展有限元参数分析，揭示了其在爆炸荷载作用下的动力响应特征、变形能力以及破坏模式与损伤机理。另外，确定了拱形钢板夹芯混凝土组合墙板在爆炸荷载下破坏模式的种类和影响因素以及损伤等级的评估方法。.（4）爆炸荷载作用下拱形钢板夹芯混凝土组合墙板的理论分析方法及P-I曲线研究.建立了拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构在爆炸荷载作用下的动力响应理论分析模型。另外，采用能量守恒原理，并结合有限元分析，建立拱形钢板夹芯混凝土组合墙板结构的无量纲P-I曲线，可用于快速评估此结构在爆炸荷载下的损伤等级。