爆炸冲击作用下高强钢绞线网-高性能砂浆加固构件损伤机理和性能评估

With increases of accidental blast and terrorist blast, blast protection problems of government buildings, large public buildings, embassy building and other important buildings become more and more important. Blast-resistance and blast-protection of public structures become a hot topic in the world. High strength steel wire mesh and polymer mortar is a new strengthening technology, and has some good characters such as good fire resistance, corrosion resistance and good durability. The strengthening technology has been widely used in strengthening field of building structures and bridges. There are very few researchs on the technology used in the field of blast-resistance of structures. Damage mechanism of the reinforced concrete members strengthened with high strength steel wire mesh and high performance mortar under blast loading and performance evaluation of the members is studied in the project. They are (1) high strain rate dynamic properties of high strength steel wire and high performance mortar;(2) Bond-slip mechanism between the strengthening layer and the original reinforced concrete under blast loading;(3) failure mode and failure mechanism of strengthening reinforced concrete members;(4) the evaluation of blast-resistance performance of strengthening members. The above result would provide the theoretical basis for application of this technology in the field of blast-resistance of structures.

随着偶然爆炸和人为恐怖爆炸事件的不断增多，政府大楼、大型公共建筑物、使馆建筑等重要建筑物的爆炸安全防护问题也显得越来越突出，爆炸作用下结构的抗爆防爆研究已成为当前国际上的热点课题。高强钢绞线网-高性能砂浆加固是近年来新发展的新型加固技术，具有较好的耐火性、耐腐蚀性和耐久性，在建筑结构与桥梁加固中得到了大量的应用。该加固技术有望为结构抗爆加固领域提供新的方法，目前相关研究较少。本项目将开展高强钢绞线网-高性能砂浆加固混凝土构件在爆炸荷载作用下的破坏机理和性能评估等方面的研究。弄清爆炸荷载等高应变率状态下高强钢绞线、高性能砂浆的动态性能；揭示爆炸冲击动力作用下加固层与原混凝土间的粘结滑移机理；揭示爆炸荷载作用下加固构件的破坏模式和破坏机理；建立加固构件的抗爆性能评估方法，从而为该技术在抗爆领域的推广应用提供基础理论和试验依据。

随着偶然爆炸和人为恐怖爆炸事件的不断增多，政府大楼、大型公共建筑物、使馆建筑等重要建筑物的爆炸安全防护问题也显得越来越突出，爆炸作用下结构的抗爆防爆研究已成为当前国际上的热点课题。高强钢绞线网—高性能砂浆加固具有耐久抗火、无毒环保、结构增重少、施工方便等优点，在抗震加固领域得到了广泛应用。为了探讨该加固方法在抗爆领域的应用前景，本项目对爆炸冲击荷载作用下高强钢绞线网—高性能砂浆加固混凝土构件的破坏机理和性能评估等进行了系统研究。首先，通过高性能砂浆配合比设计及优化，配制了适用于爆炸冲击环境下的高性能砂浆，并对其基本力学性能和不同应变率状态下的动态性能进行霍普金森杆试验研究，得到了纤维类型、纤维掺量等对其动态性能的影响规律；通过钢绞线与砂浆的中心拉拔试验和砂浆层与混凝土双剪试验，探讨并揭示了复合层不同材料之间的粘结滑移机理，给出了不同加载速率对其不同材料之间粘结强度的影响规律；其次，通过对加固前后钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验，验证了该加固技术具有很好的抗冲击加固效果，结合数值模拟，进一步揭示了加固RC梁的抗冲击性能机理；最后，在爆炸荷载作用下的高强钢绞线-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板、柱的数值模拟基础上，结合现场野外爆炸试验，对爆炸作用下的高强钢绞线-聚合物砂浆加固RC板和RC柱的爆炸破坏机理进行了系统研究，得到了加固构件的爆炸损伤破坏机理；通过对爆炸损伤后的构件进行剩余承载力试验，确定了爆炸前后的构件承载力比值，提出了加固构件基于剩余承载力的爆炸损伤评估方法，并对其抗爆加固效果进行了评估。上述研究结果为该技术在抗爆炸冲击领域的推广应用提供基础理论和试验依据。