PDF《混凝土板在接触爆炸作用下的震塌》

2 0世纪5

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7 0年代, 中国曾系统地组织关于结构体遭受炮航弹攻击时的震塌破坏实验, 基于大量的 实验数据, 编制了相关的设计规范.但限于实验设备和测量手段落后, 获取的有效信息较少, 因而对震塌 破坏的认识尚处于宏观唯象阶段, 现行设计规范中给出的震塌半径计算公式, 只能给出近似预测值, 与当 * 收稿日期:

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1 8;

修回日期:

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2 1 基金项目:国家自然科学青年基金项目(

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4 3 ) ;

教育部长江学者和创新团队发展计划项目( I R T

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1 ) 第一作者:岳松林(

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8 7- ) , 男, 博士研究生;

通信作者:王明洋, wm y r f @1

6 3. c o m. 前发展和应用新型防护材料的需求不相适应[

3 ] .近年来, 中国学者对爆炸近区问题和爆炸震塌机理的研 究更加深入, 提出了一些更加适用的震塌计算公式和防护结构设计方法, 如: 王明洋等[

6 ] 提出在研究介质 中侵彻与爆炸近区过程中, 运用空腔膨胀理论存在的问题, 分析了其产生的原因, 并推得侵彻、 贯穿比例换 算关系和爆炸近区的几何相似关系等简单实用的结果;

王明洋等[

7 ] 给出了钢板 - 钢纤维钢筋混凝土遮弹板 接触爆炸下的极限设计分析的实用方法;

张想柏等[

2 ] 进行了混凝土板表面接触爆炸实验, 运用相似理论和 数值手段, 对爆炸震塌实验数据和现象进行分析, 基于量纲分析建立了新的震塌厚度计算公式, 并根据破 坏等级, 将震塌破坏系数定量化;

王德荣等[

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9 ] 和李学业等[

1 0 ] 结合爆炸近区运动学关系式和径向裂缝阵面 形成时的耗能情况, 研究爆炸近区介质的动力变形与破坏情况, 得到 R P C混凝土在接触爆炸作用下的破 坏半径系数.这些工作注重对震塌破坏的物理机理和力学本质的研究, 对震塌效应评估和防护结构设计 有重要的参考价值, 然而这些成果不能有效区分震塌破坏、 贯穿破坏和冲切破坏. 根据冲击震塌和贯穿方面的研究成果[

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1 4 ] , 本文中把临界震塌厚度和临界贯穿厚度作为评估爆炸 局部破坏的2个分界点.爆炸荷载固定的情况下, 当材料厚度大于临界震塌厚度时, 只在结构迎爆面产 生压缩弹坑, 不会发生震塌现象;

当材料厚度介于临界震塌厚度和临界贯穿厚度时, 发生爆炸震塌现象;

当材料厚度小于临界贯穿厚度时, 发生爆炸贯穿现象;

当材料厚度足够小时, 计算得到的临界震塌厚度 等于或小于临界贯穿厚度, 它代表材料尚未形成震塌块就被整体冲切下来, 此时发生爆炸冲切现象.因此, 问题的关键是如何确定爆炸作用下板的临界震塌厚度和临界贯穿厚度.本文中结合理论分析, 推导 2类临界厚度的计算公式, 并进行算例和对比分析.

1 基本原理及模型假设 建立介质表面点源爆炸的物理模型, 研究混凝土板在接触爆炸作用下的局部破坏现象.根据混凝 土板爆炸局部破坏效应实验[

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1 5] , 在板厚足够大的情况下, 板的迎爆面, 产生压缩弹坑, 可不考虑反射面 的影响;

随着板厚的减小, 板的背爆面, 即反射面, 开始出现明显裂纹、 鼓包, 甚至产生反射漏斗坑, 发生 震塌现象;

板厚进一步减小, 反射漏斗坑与压缩漏斗坑贯通, 发生贯穿现象;

当板厚足够小, 迎爆面尚未 形成压缩弹坑, 板已经被击穿, 此种情况为板的冲切现象. 从能量的角度来讲, 混凝土材料在爆炸荷载作用下发生屈服破碎, 碎块相互摩擦、 滑动, 这是对爆炸能 量消耗的过程, 塑性阶段消耗的能量远大于弹性阶段消耗, 可忽略弹性阶段;