HHT 600 高強(qiáng)RC 梁的抗爆性能試驗(yàn)研究

冷 星，劉 云，孫 敖，吳永春

(1.解放軍理工大學(xué)國防工程學(xué)院，江蘇南京 210007;

2.安徽富煌鋼結(jié)構(gòu)建筑工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230088)

研究鋼筋混凝土梁、板、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件及整個(gè)結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的破壞模式和抗爆性能，對(duì)于提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗爆安全性具有重要的理論意義和工程價(jià)值［1］。由于爆炸沖擊荷載具有傳播速度快、峰值大、作用時(shí)間短等特點(diǎn)。爆炸沖擊荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)十分復(fù)雜，近年來國內(nèi)不少學(xué)者對(duì)普通鋼筋混凝土梁、板、柱等構(gòu)件在爆炸荷載作用下的動(dòng)力行為開展了一系列的研究［2～7］，但針對(duì)高強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件的抗爆性能試驗(yàn)研究比較少。

1 試驗(yàn)概況

該試驗(yàn)為RC 簡(jiǎn)支梁抗非接觸爆炸性能對(duì)比試驗(yàn)。通過對(duì)兩組不同配筋率的HHT 600 高強(qiáng)RC 梁和HRB 400 普通RC 梁的對(duì)比試驗(yàn)，研究高強(qiáng)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(yàn)裝置為大型制式爆坑和DH 5939N 高速數(shù)據(jù)采集記錄儀。

1.1 試件設(shè)計(jì)

試件采用兩端簡(jiǎn)支，試件分為兩組，每組為4個(gè)，總共為8個(gè)試件。混凝土等級(jí)均采用C40，保護(hù)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(xué)性能

混凝土、鋼筋的材料力學(xué)性試驗(yàn)結(jié)果見表2。其中混凝土的抗壓強(qiáng)度為42.3 MPa。

表2 材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

1.3 試件測(cè)量內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)量測(cè)內(nèi)容主要有:量測(cè)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(yīng)變，梁底加速度。測(cè)點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 位移、應(yīng)變、加速度測(cè)點(diǎn)布置

1.4 加載方式

試驗(yàn)在解放軍理工大學(xué)爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行(圖2)。本次主要為對(duì)比試驗(yàn)，為盡可能地減小試驗(yàn)測(cè)量誤差，試驗(yàn)加載采取空爆形式加載。采用導(dǎo)爆索模擬均布形式加載。對(duì)每組試件中兩個(gè)相同的梁，通過控制炸藥量使其分別產(chǎn)生中等破壞(出現(xiàn)明顯的裂縫)和嚴(yán)重破壞，跨中出現(xiàn)明顯的塑性鉸。采用電雷管引爆導(dǎo)爆索的加載方式進(jìn)行加載，由于導(dǎo)爆索爆炸荷載峰值與導(dǎo)爆索長度之間沒有精確對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以在試驗(yàn)前，要進(jìn)行試爆(表3)。

表3 試驗(yàn)梁加載方式

圖2 加載示意圖

對(duì)試件的預(yù)估所能承受的最大爆炸荷載峰值進(jìn)行試爆，得到其相應(yīng)的導(dǎo)爆索長度。試件安裝調(diào)試后，對(duì)兩種鋼筋型號(hào)的試件采用相同導(dǎo)爆索長度加載，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，具體加載方式見表3。試驗(yàn)中觀測(cè)裂縫開展情況，觀察試件的破壞特征，描繪、記錄板破壞時(shí)的裂縫分布和破壞形態(tài)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試件破壞形態(tài)及分析

從試驗(yàn)情況來看，HHT 600 鋼筋與混凝土粘結(jié)良好，在爆炸沖擊荷載作用下未出現(xiàn)鋼筋與混凝土間的粘結(jié)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(tài)

2.2 試件動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程

采用DH 5939N 高速數(shù)據(jù)采集記錄儀，對(duì)每次爆炸荷載作用下試件的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間約0.2 ms。部分試件動(dòng)力響應(yīng)如圖4～圖7 所示。

2.2.1 壓力時(shí)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(shí)程曲線。從圖中可以看出:爆炸壓力作用時(shí)間約為0.4 s，升壓時(shí)間很短，約為20 ms，降壓時(shí)間約為0.38 s，為明顯的脈沖作用。

圖4 壓力時(shí)程曲線

2.2.2 位移時(shí)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(shí)程曲線為圖5 所示。

表5 梁跨中位移峰值對(duì)比

圖5 梁跨中位移曲線

從中可以看出:①位移響應(yīng)時(shí)間大約為0.52 s，上升時(shí)間很短，約為60 ms，下降時(shí)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(yīng)變響應(yīng)

各試件的鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)E1 至E9 測(cè)得的應(yīng)變峰值見表6。

表6 跨中鋼筋應(yīng)變峰值對(duì)比

試件HB06－1a 和HB06－2a 跨中鋼筋應(yīng)變響應(yīng)如圖6。

圖6 跨中鋼筋應(yīng)變時(shí)程曲線

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

2.2.4 加速度時(shí)程曲線

試件HB06－1a 和HB06－2a 跨中加速度響應(yīng)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(jié)論

通過4 根普通RC 梁和4 根高強(qiáng)RC 梁在非接觸爆炸荷載作用下的對(duì)比試驗(yàn)研究，可以得出如下主要結(jié)論:

圖7 梁跨中加速度時(shí)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(chǎn)生跨中塑性鉸。

(2)在相同爆炸荷載作用下，高強(qiáng)RC 板比普通RC 板跨中峰值位移稍小，加速度時(shí)程響應(yīng)比較接近，說明采用HHT 600 級(jí)高強(qiáng)鋼筋，對(duì)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(qiáng)RC 梁相比較，從所測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，高強(qiáng)RC 梁中的鋼筋應(yīng)變明顯低于普通RC 梁中的鋼筋應(yīng)變;從宏觀破壞現(xiàn)象來看，普通RC 梁出現(xiàn)的裂縫寬度比高強(qiáng)RC 梁的更大，HHT 600 級(jí)鋼筋與混凝土粘結(jié)性能良好，試件未出現(xiàn)粘結(jié)滑移破壞，說明高強(qiáng)RC 梁的抗爆性能優(yōu)于普通RC 梁。

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

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