爆炸荷载作用下玄武岩纤维筋增强混凝土双向板的抗爆性能和损伤评估方法研究

Basalt fiber reinforced polymer (BFRP) bar, which has several advantages such as excellent mechanical character, low cost and mature production technics, has been considered to be the most prospective new materials as internal concrete reinforcement in place of traditional steel bars to avoid corrosion of steel reinforcement in concrete structures. This new material is increasingly widely used in civil and military structures. However, the studies of concrete structures reinforced with BFRP bars are localized on static study. With the terrorist blast attacks increasing, the research on explosive resistance of concrete structures reinforced with BFRP bars is becoming important. The concrete slab is comparatively week in building structures. And the double-way slab is almost the most common used in buildings. So the explosive resistance of concrete double-way slabs reinforced with BFRP bars will be studied in this project. Combined with theoretical analysis, numerical simulation and experimental study, the dynamic response, damage modes, damage mechanism and damage evaluation method of concrete double-way slabs reinforced with BFRP bars subjected to explosive load will be investigated. The blast experiments will be conducted to investigate the damage mechanism of BFRP reinforced concrete slabs under blast load. The influences on blast resistance about BFRP reinforced concrete slabs will be investigated by Finite Element Analysis. The dynamic response of BFRP reinforced concrete slabs will be studied based on theoretical analysis. Combined with numerical simulation and theoretical analysis, the damage evaluation method will be established.

玄武岩纤维筋性能优异、价格低廉且生产工艺成熟，是最有希望取代钢筋以消除钢筋锈蚀对混凝土结构寿命影响的一种新型材料，正越来越广泛地应用于民用与军事建筑结构中。目前对纤维筋混凝土结构的研究主要集中在静力特性上，随着近年来恐怖爆炸袭击事件的增多，对纤维筋混凝土结构抗爆性能的研究已变得十分重要。在建筑结构的抗爆中，楼板是相对薄弱的环节，且双向板结构在建筑结构中使用较为普遍，因此本项目拟对玄武岩增强混凝土双向板的抗爆性能进行研究。项目拟采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，对玄武岩纤维筋增强混凝土双向板在爆炸荷载下的动态响应、破坏机理和损伤评估方法等方面进行研究。通过试验研究，探索纤维筋混凝土板在爆炸荷载作用下的破坏机理；通过有限元分析，分析各种因素对纤维筋混凝土板抗爆性能的影响；在理论分析的基础上，建立纤维筋混凝土板的动力响应方程，提出纤维筋混凝土板的损伤评估方法。

玄武岩纤维(BFRP)筋是一种可以取代钢筋，并可有效避免混凝土结构中钢筋锈蚀的材料，正越来越广泛地应用于防护工程结构中。本项目采用静力弯曲试验、爆炸试验、剩余承载力试验，并通过理论分析和数值模拟相结合的方法，对BFRP筋混凝土板的抗爆性能、破坏模式和损伤评估方法进行了研究。主要结论如下：.1. 通过静力弯曲试验，得到了BFRP筋混凝土板的受弯破坏模式，为混凝土压碎和BFRP筋滑移共同控制的，并提出了BFRP筋混凝土板截面极限弯矩的无量纲化预测模型。.2. 通过爆炸试验，研究了BFRP筋混凝土板在拟化学爆炸荷载作用下的动力响应和破坏特征，得到了不同配筋率的BFRP筋混凝土板在不同比例爆距下的破坏模式、跨中位移和BFRP筋应变，并建立了相应的损伤准则。.3. 通过剩余承载力试验，得到了BFRP筋混凝土板在爆炸荷载作用下的损伤程度；并与相同配筋率的钢筋混凝土板相比，爆炸后BFRP筋混凝土板的承载力下降比钢筋混凝土板的低，说明BFRP筋混凝土板的抗爆性能优于钢筋混凝土板的抗爆性能。.4. 针对BFRP筋混凝土受弯构件在爆炸荷载作用下的动力响应，提出了一种新型的有限差分算法，该算法不需要知道混凝土受弯构件在静力作用下的截面转角—弯矩关系方程，不仅适用于BFRP筋混凝土受弯构件的动力响应的计算，也适用于钢筋混凝土受弯构件的动力响应的计算。.5. 利用数值模拟方法研究了BFRP筋混凝土板的动力响应和破坏模式，并对BFRP筋混凝土板进行了参数分析。利用曲线拟合方法，得到了用于评估BFRP筋混凝土板在爆炸荷载作用下损伤程度的超压渐近线、冲量渐近线的预测公式，并得到了针对BFRP筋混凝土板各种参数下不同损伤程度的P-I曲线经验公式；通过参数分析，得到了BFRP筋混凝土板的各种参数对P-I曲线中压力渐近线和冲量渐近线的影响。