爆炸荷载作用下BFRPC结构的抗爆性能和损伤评估方法研究

Protection engineering have a direct bearing on the country and the people’s lives and property. In recent years, improving the resistance and durability of engineering structure has been a urgent task to drive protection engineering construction development. Basalt Fiber Reactive Powder Concrete (BFRPC) is a new kind of high strength, high toughness and high durability composite material, which would be the ideal material of protection engineering development. In this project, the method combined with theoretical analysis, numerical simulation and experimental study will be used. The dynamics performance of BFRPC material will be researched. And the dynamic response, explosion resisting performance, damage mechanism, damage evaluation of BFRPC structure will also be researched. The dynamic loading tests will be conducted to ascertain dynamics performance and its influence factors. The constitutive model will be established. Through blast experiments, the failure pattern and dynamic response law of BFRPC double-way slabs will be found out. With the method of theoretical analysis and numerical simulation, the influence law of explosion resisting performance of BFRPC double-way slabs will be ascertain further. And the damage mechanism will be got. The dynamic response calculating method of the structure will be established. The damage evaluation method of the BFRPC slabs under blast load will be established.

防护工程关系国家和人民生命财产安全。近年来，提高工程结构抗力性能和耐久性能已成为推动防护工程建设发展的紧迫任务。玄武岩纤维活性粉末混凝土(BFRPC)是一种集高强、高韧、高耐久性等优良性能于一体的复合材料，是未来防护工程发展的理想材料。本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BFRPC材料的动力学性能及其结构在爆炸荷载作用下的动态响应、抗爆性能、破坏机理和损伤评估等方面开展深入研究。通过动态加载试验，探明BFRPC的动态力学性能及其影响因素，建立材料本构模型；通过抗爆试验，揭示BFRPC双向板在爆炸荷载作用下的破坏模式及其动力响应规律；综合应用数值模拟和理论分析方法，进一步分析各因素对BFRPC板抗爆性能影响规律，揭示爆炸荷载作用下结构破坏机理，建立结构动力响应计算方法；提出BFRPC板结构损伤破坏准则，建立BFRPC板在爆炸荷载作用下的损伤评估方法。

玄武岩纤维活性粉末混凝土（BFRPC）是一种性能优良的新型高强复合材料，其动力学性能仍缺乏深入研究，特别是其在爆炸冲击荷载作用下的力学性能研究还很不足。基于此，项目应用理论分析、数值模拟、试验研究相结合的方法，开展了系列研究。研究在动态加载条件下，不同纤维掺量、不同应变率对BFRPC材料抗压强度、劈裂抗拉强度等力学性能的影响规律，探明了BFRPC最佳纤维掺量，揭示了BFRPC材料的应力-应变关系；通过BFRPC双向板抗爆试验，测得了在不同炸药量、不同爆炸距离条件下，不同纤维掺量BFRPC板的动力响应参数，揭示了各因素对BFRPC板破坏模式和破坏等级的影响规律，建立了其损伤评定准则；采用有限元软件LS-DYNA，对爆炸荷载作用下BFRPC板的动力响应、损伤破坏进行数值模拟，完成了BFRPC板的动力响应和破坏机理分析，揭示了爆炸距离、炸药量和纤维掺量等参数对BFRPC板动力响应的影响规律；完成了BFRPC双向板的损伤评估参数和准则研究，建立了损伤评估方法，获得了BFRPC板的P-I曲线拟合公式，完成了爆炸距离、炸药量、纤维掺量等参数对P-I曲线的影响规律研究。BFRPC实现了高强度、高韧性和高耐久性，将其应用于土木工程特别是防护工程建设中，有望解决当前土木工程发展存在的难题，具有十分重要的现实意义和广泛的应用前景。