不同配箍率RC梁的抗爆性能试验及数值模拟研究

摘要

爆炸荷载作用下钢筋混凝土（RC）梁的抗爆性能研究对于工程结构安全具有重要意义。箍筋作为RC梁的重要组成部分，其配置数量直接影响构件的力学行为。为系统研究不同配箍率对RC梁抗爆性能的影响规律，揭示配箍率与动态响应之间的定量关系及性能提升的饱和阈值，采用实验室爆炸试验与有限元数值模拟相结合的方法开展研究。首先设计制作了两根不同配箍率的RC梁（箍筋间距80 mm和140 mm，对应配箍率0.64%和0.37%），在爆炸罐内分别施加4次递增爆炸荷载（20 g、40 g、80 g空气爆炸及80 g接触爆炸），采集梁体动态响应数据并观察破坏形态。在此基础上，基于ANSYS/LS-DYNA建立经试验验证的数值模型，对5种不同配箍率（0.26%、0.30%、0.37%、0.47%、0.64%） RC梁的抗爆性能进行拓展分析。试验结果表明:在相同爆炸荷载下，配箍率较高的B₁梁（0.64%）的加速度、应变及跨中位移峰值均小于配箍率较低的B₂梁（0.37%），四次爆炸工况下B₁梁跨中最大位移较B₂梁依次减小9.4%、10.0%、11.6%和12.1%。从破坏形态看，B₂梁裂缝数量明显多于B₁梁，迎爆面混凝土压溃更严重，剥落面积更大，表明增大配箍率能有效抑制斜裂缝萌生与扩展，增强混凝土抗破损能力。数值模拟结果显示:随着配箍率从0.26%增大至0.64%,RC梁的应变峰值和跨中位移峰值均呈逐渐减小趋势。与配箍率0.26%的模型梁相比，配箍率0.64%、0.47%、0.37%、0.30%的模型梁应变峰值分别降低35.4%、28.5%、20.8%和9.7%，位移峰值分别降低18.2%、14.9%、10.0%和3.8%。同时发现，随着配箍率不断提高，梁体动态响应的降低幅度逐渐趋缓:配箍率从0.26%增至0.37%时位移峰值降幅为10.0%，从0.37%增至0.47%时降幅为4.9%，从0.47%增至0.64%时降幅仅为3.3%，表明当配箍率增大到一定程度后，继续提高配箍率对RC梁抗爆性能的提升效果逐渐减弱。研究成果可为RC结构抗爆设计及工程应用提供科学依据。

关键词

钢筋混凝土梁 / 配箍率 / 爆炸荷载试验 / 抗爆性能 / 有限元分析

基金资助

国家自然科学基金(No.51878628)碳纤维复合多芯光纤布及其结构加固与监测一体化系统