爆炸作用下钢筋混凝土构件性能的影响因素.pdf

第 2 5卷 201 0 缸 第 5期 1 O月 山 东 建 筑 大 学 学 报 J OURNAL OF S HAND ONG J I ANZ HU UN I VER S I T Y V0 1 2 5 N o 5 0e t 2 01 0 文章编号 ： 1 6 7 3 7 6 4 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 5 1 3 0 6 爆 炸作用 下钢筋 混凝土构 件性能的影响 因素 左 清林 ( 大连市建筑设计研究 院有 限公 司 ， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 1 ) 摘要 ： 以钢筋混凝土梁柱构件 的最大动态变形 和构件 易损处 的最 大内力或 内应力 作为构件 动力 性能 的判别标 准 ， 考 虑高应变率下钢筋和混凝土材料 的动态本构关 系 ， 使用经试验验证 的数值模 拟方法分别 比较 了不 同的截 面形状、 边界条件、 跨高比和轴压比对爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力性能的影响。研究结果表明， 其他 条件相同时， 圆形截面构件比方形截面构件受到较小的爆轰 冲击作用， 因而具有更好的动力性能； 两端固支构 件 比两端简支构件有更好 的抗变形 能力和抗 弯能力 ， 但抗剪 能力较 弱 ； 随着跨 高 比的减小 ， 构件 的抗 变形能 力 和抗弯能力显著增强 ， 但 抗剪能力变化不大 ； 轴压 比从 0增加到 0 3时 ， 构件 的动力性 能有所增强 ， 而 当轴 压 比 从 0 3继续增大至 1时 ， 构件 的动力性 能反而减弱 。 关键词 ： 爆 炸荷 载 ； 钢筋混凝土构件 ； 动力性能 ； 影 响因素 ； 有 限元算 法 中图分类号 ： T U 3 5 2 1 ： T U 3 7 5 文献标识码 ： A An a na l y s i s o f t he i n flu e nc i ng f a c t o r s o n dy na mi c pe r f o r m a nc e o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e m e mbe r u nde r e x p l o s i v e l o a d Z U O Q i n g l i n ( D a l i a n Ar c h i t e c t u r a l De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e C o L t d ，Da l i a n 1 1 6 0 2 1， C h i n a ) Abs t r a c t ： Wi t h t h e ma x i ma l d y n a mi c d e f o r ma t i o n a n d t h e max i ma l i n t e r n a l f o r c e o r s t r e s s O ma t e r i a l s a s s t a n d a r d s o f d y n a mi c p e rfo r ma n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mbe r s u n d e r e x p l o s i v e l o a d，c o ns i d e rin g t h e d y na mi c c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n s o f c o n c r e t e a n d s t e e l wi t h h i g h s t r a i n r a t e s ，t h e i n flu e n c e s o f c r o s s s e c t i o n s h a p e，bo u n d a r y c o nd i t i o n s ，s p a n d e p t h r a t i o a n d a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o a r e c o mp a r e d b y n u me r i c al s i m u l a t e d m e t h o d ， w h i c h h a s b e e n c ali b r a t e d b y e x i s t i n g t e s t d a t a T h e r e s u l t s s h o w：( 1 )w i t h o t h e r c o n d i t i o n s b e i n g i d e n t i c a l ，me mb e r s o f c i r c u l a r c r o s s s e c t i o n u n d e r g o l e s s d e t o n a t i o n i mp a c t a n d h a v e b e t t e r d y n a mi c p e r f o rm a n c e t h a n m e m b e r s o f s q u a r e c r o s s s e c t i o n ；( 2 )me m b e r s c l a m p e d a t b o t h e n d s h a v e b e t t e r d e f o rm a t i o n r e s i s t a n c e a n d b e n di n g r e s i s t a n c e b u t wo r s e s h e a r r e s i s t a n c e t h a n f r e e l y s u p p o r t e d m e m b e r s ；( 3 )w i t h t h e d e c r e a s e o f s p a n d e p t h r a t i o ，m e m b e rs h a v e b e t t e r d e f o r m a t i o n r e s i s t a n c e a n d b e n d i n g r e s i s t a n c e ， b u t s h e a r r e s i s t a n c e h a s l i t t l e c h a n g e ；( 4 )w i t h t h e i n c r e a s e o f a x i a l c o m p r e s s i o n r a t i o f r o m 0 t o 0 3，t h e d y n a mi c pe rfo r ma n c e o f me mbe r s i n c r e a s e s ，b u t wi t h t he o n g o i n g i n c r e a s e o f a x i al c o mp r e s s i o n r a t i o fro m 0 3 t o 1，t h e d y n a mi c p e r f o rm a n c e o f me mb e r s d e s c e n d s Ke y wo r d s： e x p l o s i v e l o a d；r e i n f o r c e d c o nc r e t e me mb e r ；d y n a mi c p e r f o rm a n c e；i n fl ue n c i n g f a c t o r s； fin i t e e l e me n t me t h0 d 收稿 日期 ： 2 0 0 91 00 7 作者简介 ： 左清林 ( 1 9 8 2一) ， 男 ， 辽 宁大连人 ， 助理工 程师， 硕士 ， 主要从事 突发灾害下钢筋 混凝土构件 的易损性研究 E m a i l ： z u o q i n g l i n g ma i l c o n I 【 J东 建 筑 大 学 学 报 0 引言 钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下发生 的连续 性倒塌破坏 ， 往往是 由于结构中的关键构件失效引 起 的。近年来 ， 对爆炸荷载作刚下钢筋混凝土构件 动力性能的研究虽有较多成果 ， 但参数 的覆盖面有 限， 仍然需要进一步拓宽研究范围， 并进一步总结一 些对实际工程有指导意义的规律。 本文拟以钢筋混凝土梁柱构件 的最大动态变形 和构件易损处的最大内力或内应力作为构件动力性 能的判别标准 ， 考虑 高应变率下钢筋和混凝土材料 的动态本构关系， 使用经试验验证的数值模拟方法 ， 分别比较构件的截面形状 、 边界条件 、 跨高比和轴压 比对 爆炸荷 载作用 下钢筋 混凝 土构件 的动力性 能 的 影响， 以期得到一些对实际T程有指导意义的规律。 1 动力有限元算法 的理论基础 建立模拟系统的动力学方程时， 除需要满足质 量守恒、 动量守恒和能量守恒三个控制方程外 ， 还要补充材料的本构关系或状态方程 ， 以及系统 的 初始条件和边界条件 ， 以上方程联立可得 到系统 的 动力方程。爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的变形 较小 ， 适合用拉格朗 日算法建立运动方程 ； 炸药和空 气在爆轰传播过程 中产生 的变形很大 ， 适合欧拉算 法建立动力方程。空气和钢筋混凝土构件的交界面 需要满足压力边界条件和速度边界条件来描述两者 间的流固耦合作用。 动力方程的求解可 以采用 中心差分法的显式积 分 ， 也可以采用隐式积分方法。隐式积分法求解动 力微分方程一般采用增量迭代法 ， 需要在每一个时 间增量步内对平衡方程进行迭代求解 ， 需要求解大 型的线性方程组 ， 对计算 资源的需求较大 而且对 于存在内部接触的高度非线性动力学 n J 题， 隐式算 法往往无法保证收敛 。相比较而言 ， 显式求解采用 差分格式 ， 不用求 解切线 刚度 ， 不需要进行平衡迭 代， 不存在收敛控制问题 ， 并且对接触问题的求解等 方面也 具有优 势 。因此对 于本文研 究 的爆 炸荷载 作 用下钢筋混凝土构件 的动 力响应问题 ， 本文采用显 式动力有限元算法的 L S D Y N A软件进行计算。 2 材料模 型和力学参数 爆炸荷 载作用 下 的钢 筋混凝 土构件 内部会 产生 强大的应力波， 应力波的作用时间极短 ， 混凝土和钢 筋材料的应变率高达 1 0 01 0 0 0 s ， 和静态加载相 比应变率增加 了千万倍。钢筋和混凝土材料的动态 本构关系随着应变率的提高而变得复杂， 因此有必 要选择准确的高应变率下混凝土和钢筋材料的动态 本构关系。 2 1 混凝 土的动 态本构 模型 H J C模型是 T J H o l m q u i s t 等人 提 出的混 凝土材料在高应变 、 高应变率 、 高压下的动态本构模 型， 其考虑了应变率效应 和损伤度对材料本构关系 的影响， 能够较好的描述爆炸荷载下混凝土的大变 形 、 高应变率及高压下产生的损伤 、 破碎和断裂等行 为。H J C模型主要 山极限面和状态方程组成， 其等 效屈服强度是压力、 应变率及损伤的函数 ， 而压力是 体积应变的函数 ， 损伤积累是塑性体积应变、 等效塑 性应 变 及压 力 的 函数。H J C模 型 的极 限面是 由 J o h n s o n C o o k金属模 型改进而来的， 等效屈服强度 和损伤度的表达式为 ： Or = A ( 1一 D)+ 】 【 l +C l n - 】 ( 1 ) n I 竺 r ，) 、 厶D 1( P +T ) D 2 式中： r ， = Or C 为等效屈服强度 ； P = 为无量 纲压力 ； = 为无量纲应变率 ； T =T f 为无 量纲最大拉伸静水压力 ； 为实际等效压力 ； 尸为单 元内的静水压力 ； T为材料的最大抗拉强度 ； 为材 料准静态单轴抗压强度 ； 为应变率 ； ：1 0 s 为 参考应变率 ； 材料常数 4是特征化粘性强度 ， 曰是特 征化压力硬化系数 ， c是应变率影响系数 ， ， v 是压力 硬化系数 ， D是损伤度 ， D 和 D： 是损伤参数 ， A e 。 和 “ 分别代表在一个积分步长内单元的等效塑性 应变和塑 性体 积应变 。 2 2 钢筋 的动态 本构模 型 J o h n s o n C o o k金属模 型是 J o h n s o n等人提 出的 以经典弹塑性理论为基础并考虑应变率效应和温度 效应的金属动态本构模型。在塑性阶段 ， J - C模型 的本 构关 系表达式 如下 ： o r =【 4+B ( ) ” ( 1 +C l n - b ) ( 1一T ) ( 3 ) 式中： 、 B、 C 、 n为材料参数 ， 由试验确 定； 和 分别为塑性应变和塑性应 变率 ； 为参考应变率 ， 一 般取 =l s ； T =( TT ) ( 一 ) ， 其 中 为环境温度， 为室温 ， 为熔点 温度。当环境 温 度和室温接近且变化不大时 ， 可以忽略温度项的修 正 ， 即只考 虑应 变率效应 的简化 J - C模 型 。 2 3炸药和空气的状态方程 第 5期 左清林 ： 爆炸作用下钢筋混凝土构件性能 的影 响l大 j 素 5 1 5 炸药采用 J wL状态方程捕述 J ， 它可以很好地 描述 炸药 爆 炸产 生 的爆 轰 压 强 与 相 对体 积 的关 系 ， 且具有明确的物理意义 ， 其表达式如下 ： P= A( 1 一 ) e +B( 1 一 ) e + ( 4 ) 式 中： P是爆轰压强 ； E是炸药 内能 ； V是当前相对 体积 ； 、 、 、 和 是 J WL状 态方程参数 ， 其值 由试验 确定 一 。 空气采用线性多项式状态方程来描述 ， 理想 气体的线性多项式状态方程如下 ： P=( I ) 卫 ( 5 ) p0 对于空气 ， 其初始密度 P 取 1 2 9 g c m ， Y为等 熵绝热指数取 1 4， 材料内能 E为 0 2 5 J 。 3 构件动力性能的判别标准和计算模型 3 1 构 件 动力性 能 的判别 标 准 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的动力性能包 括 构件 的位 移响应 、 内力 或 内应 力 响应 和 破 坏 形 态 等。由于钢筋混凝土结构中的关键构件产生过大的 动态变形会导致整体结构 的倒塌破坏 ， 此时构件可 能 尚未完全破坏 ， 因此不宜以钢筋混凝土构件是否 破坏作为其失效的判断标准。目前国内外关于钢筋 混凝土构件的抗爆设计标准较少 ， 土木工程界中广 为接受的主要是美 国发布 的相关 抗爆设计规范 ， 其 对爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的抗爆性能是通 过限制构件的最大动态变形和延性 比来保证 的 。 因此 ， 本文 以爆炸荷 载作用下钢筋混凝土构件 的最 大动态变形和构件易损部位的材料最大内力或 内应 力作为构件动力性能 的判别标准， 不涉及构件是否 破坏 和破 坏形 态 的研究 。 3 2计算 模型 作者在文献 6 中根据 已有 的试验 资料 ， 考 虑了高应变率下混凝土和钢筋的动态本构模型 ， 对 炸药 、 钢筋混凝土构件 和两者之间 的空气建立数值 模型 ， 使用显式动力有限元软件 L S 。 D Y N A模拟 了空 气 中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝 土构件和爆炸荷载作用下构件动力 响应 的全过程 ， 数值模拟结果和试验数据有 良好 的一致性 ， 这表 明 数值模拟方法和材料模型参数是准确可靠的。本文 以此经过验证的数值模 拟方法 ， 比较构件 的截面形 状 、 边界条件、 跨高比和轴压比对爆炸荷载作用下钢 筋混凝土构件动力性能的影响。 比较各影响因素时， 除比较因素外的其他参数都 取默认数值模型参数。默认数值模型如图 1所示， 球 体高能炸药 c 4在构件跨 中的正上方 ， 炸药中心与构 件迎爆面之间的距离( 以下简称爆炸距离) 和炸药质 量在各工况中取不同值。钢筋混凝土构件长 f = 3 m， 截面尺寸 b X h= 4 0 0 ra m X 4 0 0 m m， 混凝土的强度等级 为 C 3 0 ， 构件受拉和受压区分别有 4根直径 2 0 m m的 HR B 3 3 5级纵向钢筋， 钢筋分布如图 2所示 ； 箍筋为直 径 1 0 m m的 H P B 2 3 5钢筋 ， 间距 1 5 0 m m， 混凝土保护 层厚度 2 5 mm。构件两端都为固定约束 ， 无轴 向力作 用 。C 3 0混凝土材 料 的 密度 为 2 5 0 0 k g m ， 抗压 强 度 1 4 3 MP a ， 静态弹性模量为3 0 G P a ， 混凝土的 H J C动态 本构模型的参数按照文献 8 的方法确定 ； H P B 2 3 5 和 H R B 3 3 5级钢筋密度都为 7 8 5 0 k g m ， 静态弹性模 量 都 为 2 0 6 G P a ， 钢 筋 的屈 服 强 度 分 别 为 2 1 0和 3 0 0 MP a ， 钢筋的J o h n s o n C o o k动态本构模型的参数参 照文献 9 确定 ； C _ 4炸药密度为 1 6 5 0 k g I l l ， 爆轰传 播速度为 8 2 0 0 m s ， c _ 4炸药的J WL状态方程取 自文 献 4 的实验数据。 ) J 炸药 恬 三 铡筋混；疑 I 柱 ， L J 图 】 默认数值模型 示意 图 。 箍筋 图 2默认数值模型 中构件横截面配筋分布图 4比较结果分析 引 山 东 建 筑 大 学 学 报 4 1 截面形状的影响 本节比较正方形截面构件和迎爆面面积相同或 截面惯性矩相同的圆形截面钢筋混凝土构件动力性 能的差异。正方形截 面构件取默认数值模型参数 ， 圆型截面构件中 8根纵 向钢筋沿圆周等分分布 ， 其 余参数和默认数值模型相同。 各工况 中构件受到的爆轰冲击作用和构件的动 力性能参数见表 1 。构件迎爆面上受到的爆轰压强 峰值和冲量峰值都远大于背爆 面， 因此可以忽略构 件背爆面受到的爆轰冲击作用。构件迎爆面面积相 同时， 第一对照组中圆形截面构件迎爆面的柱 中位 置的爆轰压力峰值和爆轰冲量峰值比方形截面构件 分别减小了 2 0 和 3 1 ， 第二对照组中相应分别减 小 了3 4 和 4 0 ， 圆形截面构件的截面惯性矩虽 比 方形截面构件小 4 1 ， 但构件柱中的最大挠度却小 于方形截面构件， 柱 中和柱端处的纵 向钢筋轴力峰 值以及柱端处的混凝土的剪应力峰值 比方形截面构 件都有较大幅度的降低 ； 构件截面惯性矩相同时， 考 虑到圆形截面构件的迎爆面面积是方形截面构件的 1 1 4倍 ， 第一对照组中圆形截面构件迎爆面的柱 中 位置的爆轰压力峰值和爆轰冲量峰值比方形截面构 件分别减小了 5 和 1 9 ， 第二对照组 中相应分别 减小了 2 0 和 2 7 ， 圆形截面构件的柱中最大挠度 明显小于方形截面构件 ， 构件易损部位的钢筋轴力 峰值和混凝土剪应力峰值也同样比方形截面构件都 较大幅度的降低。 表 1 不 同截面构件表面的爆轰冲击压强和动 力性能参数 爆轰波对构件的冲击作用主要为平行于爆轰传 播方向的绕流阻力 ， 方形截面构件 的迎爆面与爆轰 波的传播方向垂直 ， 爆轰 冲击作用几乎全部转化为 绕流阻力； 而圆形截面构件 的迎爆面从中间区域到 两侧与爆轰传播方向的夹角逐渐减小 ， 爆轰波对构 件的冲击作用只有部分转化为绕流阻力。因此 ， 圆 形截面 的构件 比迎爆面 面积或截 面惯性 矩相 同的方 形截面构件有较优 的抗爆外形 ， 可以大大减小构件 受到的爆轰冲击作用 ， 构件的变形和构件中材料的 内力都有较大幅度 的降低 ， 在满足其他设计要求的 前提下 ， 爆炸荷载作用下圆形截面钢筋混凝土构件 比方形截面构件有更好 的动力性能。 4 2 边 界条件 的影响 本 节 比较 两端简 支和两端 固支 的边 界条件 对爆 炸荷载作 用下 钢筋混 凝 土 构件 动力 性 能 的影 响 ， 其 余参数和默认数值模型相同。每个对照组中构件受 到的爆炸荷载作用相 同， 只 比较构件的动力性能的 差别 。 表 2列 出了各工 况 中钢筋 混凝土 构件 的动力性 能参数 。对比可以看出， 两端简支构件在跨端的弯 矩为零而在跨 中处最大 ， 两端固支构件在柱中和柱 端处相差不大； 两端 简支构件 的柱中最大挠度约为 两端同支构件的两倍 ， 这些 和横 向均布静载下构件 的变形和受力特性是 一致的。但和构件受静载作用 不 同的是 ， 爆炸荷载作用下两端简支构件中纵 向钢 筋的轴力峰值只是稍大于两端 固支构件 ， 而跨端处 的混凝土剪应力峰值小于两端固支构件。 表 2 不同边界条件下构件的动力性能参数 因此 ， 在相同爆炸荷载作用下， 两端固支的钢筋 混凝土构件 比两端简支构件有更好的抗变形能力和 抗弯能力 ， 但抗剪能力较弱。总体而言 ， 爆炸荷载作 用下边界条件为两端固支的构件比两端简支的构件 有更好的动力性能。 第 5期 左清林 ： 爆炸作用下钢筋混凝土构件性能的影响因素 5 1 7 4 3 跨 高 比的影 响 本节比较构件跨高 比对爆炸荷载作 用下钢筋 混凝土构件动力性能的影 响。各工况 中构件 的跨 度不变 ， 通过改变构件 的截 面高度来改变跨 高 比， 其余参数和默认 数值模 型相 同。每个对 照组 中构 件受到的爆 炸荷 载作用 相 同， 只 比较构 件 的动力 性 能 的差 别 。 表 3 不同跨高 比下构件 的动 力性 能参 数 况 7 -_ k 鏊 g m 茎 l l U 1 J 7 l 24 4 ；8 4 1 2 6 91 1 2 7 5 0 7 4 1 8 1 1 9 7 9 3 3 3 5 0 4 3 1 5 1 】 6 4 1 0 4 4 】 0 0 2 2 8 46 5 2 4 21 2 5 1 1 9 43 1 7 5 O 1 4 2 4 0 4 6 4 2 4 垒 Q ： Q Z 苎 垒 三 ： 圣 表 3列出了各工况中钢筋混凝土构件的动力性 能参数 。对 比可 以看 出， 随着构件跨 高比的减小 ， 钢 筋混凝土构件的跨 中挠度峰值显著减小 ， 构件 中纵 向钢筋的轴力峰值也有较 大幅度 的减小 ， 但构件跨 端处的混凝土剪应力峰值变化不大 。这说明在相同 的爆炸荷载作用下 ， 随着跨高 比的减小 ， 钢筋混凝土 构件的抗变形能力和抗 弯能力显著增强 了， 但构件 的抗剪能力变化不大 ， 增加钢筋混凝土构件 的截面 高度可以阻止构件产生弯 曲破坏 ， 但不能阻止构件 发生剪切破坏。总体 而言 ， 爆 炸荷载作用下跨高 比 小 的钢 筋混凝 土 构件有 更 好 的动力 性能 。 4 4 轴压 比的影 响 构件 的轴压比是指施加于柱构件的轴向压力除 以柱截面面积 与混凝 土抗压强度设计 值乘积 的 比 值。本节 比较轴压 比对爆炸荷载作用下钢筋混凝土 柱构件动力性能的影响 ， 各工况 中构件的轴压 比从 0递 增 0 1到 I ， C 4 炸 药 质 量 1 1 9 4 3 k g ， 炸 药 中心 与构件 迎爆 面之 间的距离 为 1 m， 钢 筋混 凝土 柱 下端 为固定约束 ， 上端为简支约束 ， 其余参数和默认数值 模型相 同。每个对照组中构件受到的爆炸荷载作用 相同， 只比较构件的动力性能的差别。 表 4列出了各工况 中钢筋混凝土构件的动力性 能参数 。对 比可 以看出 ， 构件轴压 比从 0增加到0 3 时， 构件 的最大挠度和跨 中位置的纵向钢 筋的轴力 峰值相应减小 ， 而跨端处混凝土的剪应力却 略有增 加 ， 考 虑到构 件 的轴 向压 力 对 构 件 中混 凝 土抗 剪 强 度 的提 高 ， 钢 筋 混凝 土构件 的抗 变 形能 力 、 抗 弯 能力 和抗剪能力都有所提高 ； 当构件 的轴压 比从 0 3继 续增加到 1时 ， 构件 的抗变形能力和抗弯能力反而 降低了， 构件的抗剪能力也 由于大轴压 比下混凝土 抗 剪强 度 的降低 而减 弱 。 表 4 不 同轴压 比下构件 的动力性能参数 轴压 比在 0 3左右时钢筋混凝土构件的抗爆动 力性能最好 ， 这主要是因为一定 的轴压力使构件 中 的混凝土预先处于受压状态 ， 提高 了混凝土材料 的 破坏强度 ， 使构件本身增加了一定 的抗爆能力 ； 但构 件中的轴压力达到并超过一定限度后 ， 混凝 土材料 的破坏强度不增反 降， 构件巾轴压 力产生的原先有 利的能量反而和爆轰冲击能量联合作用而变成对构 件不利的能量 ， 从而导致 钢筋混凝土构件的抗爆动 力性 能 的减弱 。 因此 ， 在其他条件相 同的情况下 ， 当构件轴压比 从 0增加到 0 3时 ， 爆炸衙载作用下构件 的动 力性 能有所增强， 而当轴压比从 0 3继续增大至 1时 ， 构 件 的动力性 能反 而 减弱 。 5 结论 本文以构件的最大动态变形和构件易损部位的 材 料最 大 内力或 内应 力作 为爆 炸荷 载作 用下 钢筋混 凝 土构 件动 力性 能 的 判别 标 准 ， 考 虑 了混 凝 土 和钢 筋材料在高应变率下的动态本构关系 ， 使用通过试 验校准的数 值模拟方法分别 比较 了构件 的截 面形 状 、 边界条件 、 跨高比以及轴压 比对爆炸荷载作用下 钢筋混凝土构件动力性 能的影响 ， 得到 以下结论可 供工 程应 用参 考 ： ( 1 ) 圆形截面的构件 比迎爆面面积或截面惯性 矩相 同的方形 截 面构 件 有 较 优 的抗爆 外 形 ， 可 以大 大减小构件受到的爆轰 冲击作用 ， 构件的变形 和构 件中材料 的内力都有较大 幅度的降低 ， 在满足其他 设计 要求 的前 提 下 ， 爆 炸荷 载 作 用 下 圆形 截 面钢 筋 5 1 8 山 东 建 筑 大 学 学 报 2 0 1 0 年 混凝土构 件 比方 形截面 构件有更 好 的动力性 能 。 ( 2 ) 在相 同爆炸荷载作用下 ， 两端 同支 的钢筋 混凝土构件 比两端简支构件有更好的抗变形能力和 抗弯能力 ， 但抗剪能力较弱。总体而言 ， 爆炸荷载作 用下边界条件为两端 固支的构件 比两端简支的构件 有更好 的动力 性能 。 ( 3 ) 随着跨高比的减小， 相同爆炸荷载作用下钢 筋混凝土构件的抗变形能力和抗弯能力显著增强了， 但构件的抗剪能力变化不大。总体而言， 爆炸荷载作 用下跨高比小的钢筋混凝土构件有更好的动力性能。 ( 4 ) 在其他条件相 同的情况下 ， 当构件 的轴压 比从 0增加到 0 3时 ， 爆炸荷载作用下钢筋混凝土 构件的动力性能有所增 强， 而当轴压比从 0 3继续 增大至 I 时 ， 构件的动力性能反而减弱。 参考文献 ： I 白金泽L S D Y N A 3 D理论 基础 与实例分析 M 北京 ：科学 出版 社 2 0 0 5 F l o l mq u l s t T JJ o h n s , m C RC 0 n k W HA c o mp u t a t io n a l e o n s t i t n t i v c m o d e l r c o n c r e t e s u b j e c t e d t o l a r g e s t r a i n s h i g h s t r ai n r a t e s ，a n d h i g h p r e s s u r e s A P r o e e e d i n g o f 1 4 t h! n t e ma t i o n al S y m p o s i u m o n B a l l i s t i c s C C a n a d a ： Q u e b e c， 1 9 9 5 5 9 1 6 0 0 Ha l l q u i s t J O L S DY N A 3 D k e y w o r d u s e r s ma n u a l M U S ： L i v e r n l o r e S o f t wa r e F e c h n o l o g 7 Co r p o r a t i o n， 2 0 0 3 W a l d e ma r A T，S t a n i s l a C Ch a r a c t e ri s t i c s o f Hi g h Ex p l o s i v e s O b t a i n e d f r o m C y l i n d e r r e s t D a t a J C h i n e s e J o u rna l o f E n e r g e t i e Ma t e r i a l s 2 0 0 6，1 4( 1) ：17 TM- 5 1 3 0 0，De s i g n o f s t r u c t u r e s t o r e s i s t t h e e f f e c t s o f a c c i d e n t a l e x p l o s i o n s S 左清林用数值方法对爆炸荷载下钢筋混凝 土构件的动力性 能 的探索 D 上海 ：上 海交通 大学船 舶海洋 与建筑 工程学 院 ， 2 0 0 9 S t a n l e y C W ，J a me s T BS t r u c t u r a l c o l l a p s e：q u a r t e r - s c ale mo d e l e x p e r i me n t s L l _l U S ： E n g i n e e r i n g R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t C e n t e r ，T e c h n i c a l Re p o rt S I - 9 9 - 8，1 9 9 9 张风闰，李恩征混凝土撞击损伤模 型参数的确定方法 J 弹道学报 ， 2 0 0 1 ， 1 3 ( 4 ) ：1 21 6 林峰 ，顾祥林，匡昕昕 ， 等高应变率 下建筑钢筋 的本 构模 型 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 1 ) ：I 4 2 0 +n+” 十 - 4-”+”+”+- 一 十一 ” + +”+“ +“ 卜 - +一 十”+”+“卜 ”+”+” 一”+“卜” - 卜 ”十“卜 ” - 卜 “ +- ” 卜 ” 一“卜” 一“卜“ 卜 ” 卜 ”卜” 卜 卜 “卜”卜 “ 卜 “ 卜 - - 卜 ” 卜 一 卜 ( 上接 第5 0 2页) 麓 露 船 _ _ _- k 图 9 扣件转动实验的有限元验证 考虑竖 向荷 载 F z= 一1 1 2 3 ， 3 7 N， 水 平荷 载 F = 2 7 8 1 4 9 6 N， 计算结果为： ( 1 )自由端竖 向位移计算值为 1 1 4 6 9 m n l ， 实 验平均值为 1 1 3 8 2 i n i Y l 吻合， 误差仅为 0 7 6 ； ( 2 )自由端水平位移计算值为 2 6 3 1 to n i ， 实验 平均值为 2 5 0 2 m m基本吻合 ， 误差为 5 1 6 。 4 结论 ( 1 ) 扣件破坏多为铸铁材料脆性破坏 ， 破坏部 位较为统 一 ， 改进 扣 件设 计 时 适 当增 加 活动 齿 根部 材 料用量 有助 于提 高承 载力 。 ( 2 ) 依据扣件破坏弯矩实验结果 ， 取竖直平面 内极限弯矩 为 1 2 0 0 N -I l l ， 水 平 面 内极 限弯矩 为 3 0 0 N m是偏 于安全 的。 ( 3 ) 直角扣件竖直平面内转动刚度具有明显的 非线性 特性 ， 且受螺 栓拧 紧力矩值影 响较小 ， 可认 为 在规范规定的拧紧值范围内其转动刚度基本不变。 ( 4 ) 直角扣件水平 面内转动刚度较小 ， 且在破 坏前具有明显的线性特征。 ( 5 ) 本文提出的扣件节点半刚性计算模型能适 用于扣件式脚手架体系的有限元计算与分析， 且 由 于转动刚度影响立杆计算长度 ， 本模 型对脚手架计 算有借鉴意义。 参考文献 ： 胡凯 山 扣件式 钢管模 板支 撑架结构 力学性 能研究 D 杭 州 ： 浙江大学建筑工程学院 ， 2 0 0 7 2 徐崇宝 ， 张铁铮， 潘景龙 ， 等 双排 扣件式钢管脚手架工作性能 的理论分析与实验研究 J 哈尔滨建筑工程学 院学报 ， 1 9 8 9， 2 2( 2)： 3 85 5 3 敖鸿斐， 李 国强 双排扣件式 钢管脚 手架 的极 限稳定 承载力研 究 J 力学季刊 ， 2 0 0 4， 2 5 ( 2 ) ： 2 1 32 1 8 4 袁雪 霞， 金伟 良， 鲁征 ， 等 扣件式钢管 支模架稳定 承载 能力研 究 J 土木_ 厂 程学报 ， 2 0 0 6 3 9 ( 5 ) ： 4 3 5 0 5 J G J 1 3 0 2 O 0 1 ， 建筑扣件式钢管脚 手架安全技术规范 S 6 胡长 明 扣件联接 钢结构 的试验及其理 论研 究 D 西安 ： 西 安建筑科技大学土木lT程学院 ， 2 0 0 8 7 L i u H B ， Z h a o Q H， Wa n g X D， e t a 1 E x p e r i n mn t al a n d a n a l y t i - c a s t u d i e s o n t h e s t a b i l i t y o f s t r u c t u r al s t e e l t u b e a n d c o u p l e r s c a f - f o l d s w i t h o u t X 一 ) ,a c i n g J E n g i n e e ri n g S t r u c t u r e s ，2 0 1 0，3 2 ( 4)： l 0 0 31 0l 5 f 8 T n r k e r T，K a r t a l M E，B a v r a k t a r A，e t a 1 A s s e s s me n t o f s e mi r i g i d c o n n e c t i o n s i n s t e e l s t r u c t u r e s b y mo d a l t e s t i n g J J o u rnal o f Co n s t r u c t i o n a l S t e e l Re s e a r c h2 0 0 9， 6 5( 7) ： 1 5 3 81 5 4 7 l寸l