HHT 600 高強RC 梁的抗爆性能試驗研究

冷 星，劉 云，孫 敖，吳永春

(1.解放軍理工大學國防工程學院，江蘇南京 210007;

2.安徽富煌鋼結構建筑工程設計研究院有限公司，安徽合肥 230088)

研究鋼筋混凝土梁、板、柱等結構構件及整個結構在爆炸荷載作用下的破壞模式和抗爆性能，對于提高鋼筋混凝土結構的抗爆安全性具有重要的理論意義和工程價值［1］。由于爆炸沖擊荷載具有傳播速度快、峰值大、作用時間短等特點。爆炸沖擊荷載作用下鋼筋混凝土構件和結構的動力響應十分復雜，近年來國內不少學者對普通鋼筋混凝土梁、板、柱等構件在爆炸荷載作用下的動力行為開展了一系列的研究［2～7］，但針對高強鋼筋混凝土構件的抗爆性能試驗研究比較少。

1 試驗概況

該試驗為RC 簡支梁抗非接觸爆炸性能對比試驗。通過對兩組不同配筋率的HHT 600 高強RC 梁和HRB 400 普通RC 梁的對比試驗，研究高強RC 梁與普通RC 梁在爆炸荷載作用下的受力性能、兩種鋼筋混凝土梁的抗爆性能差異以及抗爆破壞特征。

試驗裝置為大型制式爆坑和DH 5939N 高速數據采集記錄儀。

1.1 試件設計

試件采用兩端簡支，試件分為兩組，每組為4個，總共為8個試件。混凝土等級均采用C40，保護層厚度為25mm，試件尺寸為200×400×3300 mm。具體配筋形式見表1。

表1 鋼筋配筋率及配筋形式

1.2 材料力學性能

混凝土、鋼筋的材料力學性試驗結果見表2。其中混凝土的抗壓強度為42.3 MPa。

表2 材料力學性能試驗結果

1.3 試件測量內容和測點布置

試驗量測內容主要有:量測梁頂迎爆面的壓力，支座及控制截面位移、受拉鋼筋及混凝土應變，梁底加速度。測點布置如圖1 所示。

圖1 位移、應變、加速度測點布置

1.4 加載方式

試驗在解放軍理工大學爆炸沖擊防災減災國家重點實驗室進行(圖2)。本次主要為對比試驗，為盡可能地減小試驗測量誤差，試驗加載采取空爆形式加載。采用導爆索模擬均布形式加載。對每組試件中兩個相同的梁，通過控制炸藥量使其分別產生中等破壞(出現明顯的裂縫)和嚴重破壞，跨中出現明顯的塑性鉸。采用電雷管引爆導爆索的加載方式進行加載，由于導爆索爆炸荷載峰值與導爆索長度之間沒有精確對應的關系，所以在試驗前，要進行試爆(表3)。

表3 試驗梁加載方式

圖2 加載示意圖

對試件的預估所能承受的最大爆炸荷載峰值進行試爆，得到其相應的導爆索長度。試件安裝調試后，對兩種鋼筋型號的試件采用相同導爆索長度加載，進行對比試驗，具體加載方式見表3。試驗中觀測裂縫開展情況，觀察試件的破壞特征，描繪、記錄板破壞時的裂縫分布和破壞形態。

2 試驗結果與分析

2.1 試件破壞形態及分析

從試驗情況來看，HHT 600 鋼筋與混凝土粘結良好，在爆炸沖擊荷載作用下未出現鋼筋與混凝土間的粘結滑移破壞。部分試件破壞后裂縫分布如圖3 所示。

表4 試件破壞形態

2.2 試件動力響應時程

采用DH 5939N 高速數據采集記錄儀，對每次爆炸荷載作用下試件的動力響應進行了測量，數據采集間隔時間約0.2 ms。部分試件動力響應如圖4～圖7 所示。

2.2.1 壓力時程曲線

圖3 試件破壞后裂縫分布

圖4 所示為P1、P2 的壓力時程曲線。從圖中可以看出:爆炸壓力作用時間約為0.4 s，升壓時間很短，約為20 ms，降壓時間約為0.38 s，為明顯的脈沖作用。

圖4 壓力時程曲線

2.2.2 位移時程曲線

各試件跨中位移峰值見表5，試件HB06－1a 和HB06－1a的跨中位移時程曲線為圖5 所示。

表5 梁跨中位移峰值對比

圖5 梁跨中位移曲線

從中可以看出:①位移響應時間大約為0.52 s，上升時間很短，約為60 ms，下降時間較長;②梁HB06－1a 跨中位移峰值明顯比梁HB06－2a 的大;③隨著爆炸荷載的增加，梁跨中豎向位移隨之增大。

2.2.3 鋼筋應變響應

各試件的鋼筋應變測點E1 至E9 測得的應變峰值見表6。

表6 跨中鋼筋應變峰值對比

試件HB06－1a 和HB06－2a 跨中鋼筋應變響應如圖6。

圖6 跨中鋼筋應變時程曲線

從中可以看出，①鋼筋應變響應時間約為0.5s;②與HRB 400 普通RC 梁相比較，HHT 600 高強RC 梁跨中鋼筋應變明顯減小。

2.2.4 加速度時程曲線

試件HB06－1a 和HB06－2a 跨中加速度響應如圖7。

從圖中可以看出試件HB06－1a 的跨中最大加速度幅值比HB06－2a 更高，說明HB06－2a 梁的剛度比HB06－1a的大。

3 結論

通過4 根普通RC 梁和4 根高強RC 梁在非接觸爆炸荷載作用下的對比試驗研究，可以得出如下主要結論:

圖7 梁跨中加速度時程曲線

(1)爆炸沖擊荷載作用下，鋼筋混凝土梁的破壞形式為彎曲破壞;隨著荷載增大，梁產生跨中塑性鉸。

(2)在相同爆炸荷載作用下，高強RC 板比普通RC 板跨中峰值位移稍小，加速度時程響應比較接近，說明采用HHT 600 級高強鋼筋，對提高鋼筋混凝土板的剛度影響不大。

(3)在相同爆炸荷載作用下，配筋率相同條件下，普通RC 梁與高強RC 梁相比較，從所測得的試驗數據來看，高強RC 梁中的鋼筋應變明顯低于普通RC 梁中的鋼筋應變;從宏觀破壞現象來看，普通RC 梁出現的裂縫寬度比高強RC 梁的更大，HHT 600 級鋼筋與混凝土粘結性能良好，試件未出現粘結滑移破壞，說明高強RC 梁的抗爆性能優于普通RC 梁。

(4)在一定的配筋率范圍內，提高鋼筋混凝土梁配筋的強度等級，鋼筋混凝土梁的抗爆性能會增強。

［1］汪維，張舵，盧芳云，等.鋼筋混凝土樓板在爆炸荷載作用下破壞模式和抗爆性能分析［J］.兵工學報，2010，31(1):102－106

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