爆炸荷載作用下鋼筋混凝土梁毀傷判據(jù)研究

汪維，劉瑞朝，吳飚，李林，黃家蓉，王幸

（總參謀部工程兵科研三所，河南洛陽471023）

爆炸荷載作用下鋼筋混凝土梁毀傷判據(jù)研究

汪維，劉瑞朝，吳飚，李林，黃家蓉，王幸

（總參謀部工程兵科研三所，河南洛陽471023）

為研究鋼筋混凝土梁在爆炸波作用下的毀傷判據(jù)，對(duì)兩種尺寸的鋼筋混凝土梁在縮比條件下進(jìn)行了不同爆炸距離作用和裝藥量下的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中以高層和框架結(jié)構(gòu)中最常見的兩種梁為研究對(duì)象，通過11次獨(dú)立的爆炸試驗(yàn)，觀測(cè)了鋼筋混凝土梁在不同裝藥量下的破壞模式和破壞特征。研究結(jié)果表明：鋼筋混凝土梁在近區(qū)爆炸荷載作用下，在同一爆高下，隨著裝藥量的增加，梁的破壞程度逐漸增加，破壞模式由迎爆面中心兩側(cè)少量混凝土脫落和背爆面少量斷裂裂紋逐漸增加為迎爆面倒三角錐形式混凝土壓碎彎曲破壞，背爆面出現(xiàn)三角錐裂紋和背爆面少量混凝土脫落破壞，最終迎爆面和背爆面三角錐破壞區(qū)域貫通形成中心區(qū)域壓碎崩塌彎曲破壞；崩塌區(qū)域的尺寸隨著裝藥量增加而逐漸增加。近區(qū)爆炸（以爆距0.5m為例）作用下，試驗(yàn)鋼筋混凝土梁的毀傷判據(jù)為：當(dāng)比例爆高Z＞0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到輕微破壞；當(dāng)比例爆高0.3m/kg1/3＜Z＜0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到中等破壞；當(dāng)比例爆高0.28m/kg1/3＜Z＜0.3m/kg1/3時(shí)，混凝土梁遭受重度破壞；當(dāng)比例爆高Z＜0.28m/kg1/3，梁遭受嚴(yán)重破壞。在近區(qū)爆炸作用下，鋼筋混凝土梁的破壞不僅依賴于爆炸比例距離，還與爆高有關(guān)，同一比例距離下爆高越大，梁試件的破壞越嚴(yán)重。研究結(jié)果可為工程應(yīng)用及毀傷評(píng)估提供參考。

兵器科學(xué)與技術(shù)；爆炸荷載；鋼筋混凝土梁；破壞模式；毀傷判據(jù)

0 引言

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面附近爆炸時(shí)，產(chǎn)生的爆炸波會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損傷和破壞。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)潛在的爆炸對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成的損傷是進(jìn)行重要建筑物和防護(hù)結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)［1］。在常規(guī)武器爆炸條件下，由于超壓峰值高、正壓時(shí)間短，誘發(fā)的結(jié)構(gòu)應(yīng)變率高，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有可能在彎曲破壞發(fā)生之前產(chǎn)生剪切破壞，甚至破壞過程中出現(xiàn)彎剪破壞模式。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)鋼筋混凝土梁在爆炸作用下的破壞開展了一系列研究。Krauthammer等［2-3］對(duì)爆炸荷載作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲破壞和剪切破壞提出了基于等效單自由度體系的簡(jiǎn)化模型。在此基礎(chǔ)上，Krauthammer等［4-5］又以Timoshenko梁理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用差分?jǐn)?shù)值分析手段進(jìn)行了爆炸荷載作用下的鋼筋混凝土梁的動(dòng)力響應(yīng)和破壞分析。Ghabossi等［6］應(yīng)用有限元技術(shù)對(duì)FOAMHEST試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬。Ross［7］通過研究獲得了脈沖荷載作用下Timoshenko梁彈性動(dòng)力響應(yīng)的分析解，從理論上證明了在某些情況下剪切破壞可能先于彎曲破壞發(fā)生，但分析僅限于彈性結(jié)構(gòu)，因而在工程應(yīng)用方面受到了限制。方秦等［8-10］、柳錦春等［11］、吳平安等［12］和陳力等［13］以Timoshenko梁理論為基本框架，采用有限差分解法和非線性分層梁有限元法，在材料模型中考慮了混凝土和鋼筋的非線性和應(yīng)變速率效應(yīng)等因素，計(jì)算分析了爆炸荷載作用下鋼筋混凝土梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及不同的破壞形態(tài)，并分析了鋼筋混凝土梁破壞形態(tài)的影響因素。李猛深等［14］利用爆炸壓力模擬器進(jìn)行鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁爆炸沖擊試驗(yàn)，分析了鋼筋混凝土梁變形破壞特征以及鋼筋作用機(jī)理和對(duì)變形破壞的影響，并利用LS-DYNA建立了鋼筋混凝土梁的分離式有限元模型，得到了爆炸沖擊荷載作用下鋼筋混凝土梁的損傷破壞特征和機(jī)理。王林林等［15］研究了爆炸荷載作用下柔性支承鋼筋混凝土梁動(dòng)力響應(yīng)，通過鋼筋混凝土梁的兩端設(shè)置彈性和阻尼支承來加固鋼筋混凝土梁，利用LS-DYNA有限元分析程序?qū)θ嵝灾С袟l件下的梁進(jìn)行了計(jì)算，得到了設(shè)置合理的彈性支承和阻尼支承可以提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗力的結(jié)論。都浩［16］應(yīng)用LS-DYNA對(duì)爆炸荷載作用下鋼筋混凝土梁的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，揭示了不同爆炸荷載作用下梁的非線性動(dòng)力響應(yīng)及其可能發(fā)生的破壞模式，分析了梁的截面尺寸、材料強(qiáng)度和配筋率等對(duì)鋼筋混凝土梁抗爆性能的影響。張媛媛等［17］應(yīng)用ANSYS對(duì)鋼筋混凝土梁在爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。一些學(xué)者也對(duì)鋼板混凝土梁、鋼纖維混凝土梁、鋼梁、鋼-混凝土組合梁進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)和破壞機(jī)理分析［18-20］。但由于問題的復(fù)雜性，對(duì)鋼筋混凝土梁抵抗近場(chǎng)爆炸荷載作用下的破壞模式及抗爆性能研究較少，對(duì)毀傷判據(jù)的研究更缺乏。

本文對(duì)鋼筋混凝土梁在近爆作用下的抗爆性能進(jìn)行11次獨(dú)立的爆炸試驗(yàn)研究，觀測(cè)爆炸載荷下的動(dòng)力響應(yīng)和破壞特征，嘗試建立相應(yīng)毀傷判據(jù)，為鋼筋混凝土梁的抗爆炸研究與設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)結(jié)果，也為后續(xù)的鋼筋混凝土建筑物整體毀傷評(píng)估奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)概況

1.1試件設(shè)計(jì)

結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)高層和框架結(jié)構(gòu)中最常見的兩種梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)，其截面尺寸分別為350mm×600mm（寬×高）和250mm×500mm（寬×高），截面配筋率均為1.2%，鋼筋牌號(hào)為HRB335，混凝土強(qiáng)度為C35，如圖1所示。本試驗(yàn)以這兩種梁為對(duì)象。鑒于該原型梁的試驗(yàn)藥量太大，擬對(duì)其進(jìn)行縮比試驗(yàn)，縮比選擇為1∶2.

圖1　常用梁的結(jié)構(gòu)截面及其配筋圖Fig.1 Typical beam sections and their reinforcements

試驗(yàn)用的梁構(gòu)件跨度均為2m，第1組（對(duì)應(yīng)高層梁的縮比）截面尺寸為175mm×300mm（寬×高），第2組（對(duì)應(yīng)框架梁的縮比）截面尺寸為125mm×250mm（寬×高），截面配筋率均為1.2%，混凝土強(qiáng)度為C35，鋼筋牌號(hào)為HRB335.試驗(yàn)梁構(gòu)件的模型如圖2所示，具體截面配筋如圖3所示。

圖2　試驗(yàn)梁構(gòu)件模型示意圖Fig.2 Beam model for experiment

試驗(yàn)中鋼筋的極限強(qiáng)度為612.5MPa，屈服強(qiáng)度為425MPa，伸長(zhǎng)率為35.5%，混凝土的單軸壓縮強(qiáng)度測(cè)試值為34.4MPa，拉伸強(qiáng)度為8.2MPa，楊氏模量為28.3MPa.

1.2爆炸裝置

試驗(yàn)在野外試驗(yàn)靶場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，鋼筋混凝土梁固定在事先加工的混凝土支座上，梁采用兩端支座固定支承方式，如圖4所示。試驗(yàn)時(shí)，爆炸物懸掛在梁的正上方一定高度處。炸藥采用塊狀梯恩梯（TNT）炸藥，由電雷管引爆。

圖3　試驗(yàn)梁構(gòu)件的截面配筋Fig.3 Beam sections and their reinforcements for experiment

圖4　鋼筋混凝土梁試驗(yàn)裝置Fig.4 Test device of RC beams under blast loading

1.3試驗(yàn)計(jì)劃

在不同工況下對(duì)11個(gè)鋼筋混凝土梁試件（兩種不同梁，分別為梁A和梁B）進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)安排如表1所示。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

2.1鋼筋混凝土梁A

對(duì)鋼筋混凝土梁A（125mm×250mm×2000mm）進(jìn)行了不同裝藥量和爆高作用下的抗爆性能試驗(yàn)。圖5～圖7給出了試件的試驗(yàn)結(jié)果。第1炮、第2炮和第5炮對(duì)梁的破壞程度都是輕微的，只出現(xiàn)少量表面混凝土脫落，這里只給出第5炮試驗(yàn)結(jié)果。第3炮對(duì)梁的破壞程度為中度破壞，第4炮對(duì)梁的破壞程度為嚴(yán)重破壞。

表1　鋼筋混凝土梁試驗(yàn)計(jì)劃Tab.1 Experimental plan of RC beams

圖5　第5炮試驗(yàn)結(jié)果（輕微破壞）Fig.5 Test results of 5th experiment（minor damage）

圖6　第3炮試驗(yàn)結(jié)果（中度破壞）Fig.6 Test results of 3rd experiment（moderate damage）

從圖5～圖7可以看出，在裝藥量為6kg、爆高為0.75m條件下，鋼筋混凝土梁中部未出現(xiàn)較為明顯的剩余位移，梁背爆面出現(xiàn)3條較為明顯的彎曲斷裂裂縫，梁迎爆面兩側(cè)出現(xiàn)一定混凝土脫落，縱筋露出，側(cè)向脫落區(qū)域長(zhǎng)度約為50cm，梁側(cè)面出現(xiàn)多條三角錐裂紋，兩側(cè)梁支座處均有一條斜剪切斷裂裂縫，長(zhǎng)度貫穿約為該梁厚度的80%，梁遭受到輕微破壞，最大位移為37.2mm，此時(shí)對(duì)梁的使用影響較小。在4kgTNT裝藥、爆高為0.5m條件下，鋼筋混凝土梁中部出現(xiàn)較為明顯的彎曲壓碎破壞，破壞區(qū)長(zhǎng)度約為50cm，中心區(qū)域混凝土破碎，迎爆面箍筋和縱筋露出，露出的長(zhǎng)度約為30cm，迎爆面呈三角錐壓縮破壞，碎裂區(qū)域高度約15cm，側(cè)向出現(xiàn)三角錐斷裂裂紋，背爆面出現(xiàn)明顯的3條彎曲斷裂裂紋，未出現(xiàn)混凝土背爆面碎裂，梁遭受到中度破壞。此時(shí)梁的使用受到一定限制，需要較小維修才能繼續(xù)使用。在6kgTNT裝藥、爆高為0.5m條件下，鋼筋混凝土梁中部發(fā)生明顯的彎曲碎裂破壞，迎爆面壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，破碎頂部寬約45cm，深20cm，3根箍筋裸露出來，其中一根已散開，背爆面部呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連，邊緣三角錐裂紋在背爆面最大間距約70cm.兩端距固定支承邊緣20cm處頂面都出現(xiàn)2～3條斷裂裂紋，并向下端面延伸約15cm，梁遭受到重度破壞，最大位移為120.5mm.此時(shí)梁的使用功能喪失較大，需要較大維修才能繼續(xù)使用。

2.2鋼筋混凝土梁B

對(duì)鋼筋混凝土梁B（175mm×300mm×2000mm）進(jìn)行了不同裝藥量和爆高作用下的抗爆性能試驗(yàn)。圖8～圖11給出試件的試驗(yàn)結(jié)果。其中第9炮未對(duì)梁產(chǎn)生明顯破壞；第6炮和第10炮對(duì)梁的破壞程度是輕微的，只出現(xiàn)少量表面混凝土脫落，這里只給出第6炮試驗(yàn)結(jié)果；第8炮重度破壞，第11炮和第7炮造成嚴(yán)重破壞。

圖7　第4炮試驗(yàn)結(jié)果（重度破壞）Fig.7 Test results of 4th experiment（severe damage）

圖8　第6炮試驗(yàn)結(jié)果（輕微破壞）Fig.8 Test results of 6th experiment（minor damage）

從圖8～圖11可以看出，在4kgTNT裝藥、爆高為0.5m條件下，鋼筋混凝土梁中部出現(xiàn)較為明顯的彎曲壓縮碎裂，梁頂面兩側(cè)出現(xiàn)一定混凝土脫落，一側(cè)縱筋和3根箍筋頂部露出，脫落區(qū)域長(zhǎng)度約為42cm，高度為15cm.另一側(cè)只有少部分脫落，側(cè)向脫落區(qū)域長(zhǎng)度約為20cm，脫落區(qū)域下方出現(xiàn)三角錐斷裂裂紋，中心最大位移為20.3mm，此時(shí)對(duì)梁的使用影響較小。在5kgTNT裝藥、爆高為0.5m條件下，鋼筋混凝土梁中部同樣發(fā)生明顯的彎曲碎裂破壞，迎爆面壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，破碎區(qū)域?qū)捈s60cm，深15cm，3根箍筋裸露出來，其中兩根已散開。背爆側(cè)面呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連。背爆面中心區(qū)域少量混凝土表面脫落，脫落區(qū)域長(zhǎng)約20cm，邊緣三角錐裂紋在背爆面最大間距約90cm.兩端距固定支承邊緣20cm處頂面都出現(xiàn)1條斷裂裂紋，并向下端面延伸約15cm，最大位移為70.6mm，此時(shí)梁遭受重度破壞，梁的使用功能受到較大喪失。在6kgTNT裝藥、爆高為0.5m條件下，鋼筋混凝土梁中部發(fā)生明顯的中部彎曲碎裂破壞，迎爆面壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，破碎區(qū)域?qū)捈s50cm，深20cm，4根箍筋裸露出來，其中3根已散開。背爆面呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連。背爆面中心區(qū)域混凝土表面脫落，脫落區(qū)域長(zhǎng)約50cm，背爆面縱筋露出，邊緣三角錐裂紋在背爆面最大間距約90cm.兩端距固定支承邊緣20cm處迎爆面都出現(xiàn)2～3條斷裂裂紋，并向下端面延伸約15cm，最大位移為127.6mm，此時(shí)梁遭受嚴(yán)重破壞，梁的使用功能基本喪失。在9kgTNT裝藥、爆高為0.75m條件下，鋼筋混凝土梁中部出現(xiàn)較為明顯的彎曲壓碎破壞，頂部壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，迎爆面壓碎破壞區(qū)長(zhǎng)度約為55cm，深20cm，5根箍筋裸露出來，其中4根已散開。背爆面呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連。背爆面中心區(qū)域混凝土表面脫落，脫落區(qū)域長(zhǎng)約90cm，背爆面縱筋露出，側(cè)面中心脫落貫穿區(qū)域長(zhǎng)45cm.梁遭受了嚴(yán)重破壞，中心最大位移為148mm，此時(shí)梁遭受嚴(yán)重破壞，梁的使用功能基本喪失。

圖9　第8炮試驗(yàn)結(jié)果（重度破壞）Fig.9 Test results of 8th experiment（severe damage）

圖10　第7炮試驗(yàn)結(jié)果（嚴(yán)重破壞）Fig.10 Test results of 7th experiment（serious damage）

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1混凝土梁破壞模式及毀傷判據(jù)分析

鋼筋混凝土梁在爆炸沖擊波作用下迅速?gòu)澢?，梁背爆面由于混凝土受拉迅速出現(xiàn)拉伸斷裂破壞，迎爆面混凝土則出現(xiàn)壓縮碎裂破壞。同時(shí)，由于壓縮應(yīng)力波傳播至梁的背爆面形成強(qiáng)拉伸波，造成梁背爆面和側(cè)面混凝土剝落和層裂破壞?；炷翆恿褎兟淦茐膮^(qū)域隨著裝藥量的增加而不斷增大。隨著裝藥量的增大，鋼筋混凝土梁的破壞模式逐漸由整體彎曲斷裂破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詮澢鷮恿哑茐模詈筠D(zhuǎn)變?yōu)榇竺娣e混凝土保護(hù)層脫落塑性彎曲崩塌沖剪破壞。

在近爆作用下，梁中心的壓力遠(yuǎn)高于梁邊緣的壓力，混凝土梁的破壞模式以中部局部彎曲破碎破壞為主。破壞形式主要是迎爆面倒三角錐形式壓碎、背爆面三角錐形式斷裂，背爆面混凝土斷裂崩落破壞，梁兩側(cè)破壞較小，支座處出現(xiàn)部分斜剪彎曲斷裂裂紋。以爆高為0.5m為例，對(duì)于本次試驗(yàn)用梁，當(dāng)比例爆高Z＞0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到輕微破壞，迎爆面出現(xiàn)少量混凝土脫落，如第5炮所示。當(dāng)比例爆高0.3m/kg1/3＜Z＜0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到中等破壞，此時(shí)混凝土梁迎爆面出現(xiàn)一定混凝土保護(hù)層脫落，箍筋內(nèi)出現(xiàn)部分混凝土壓碎破壞，背爆面出現(xiàn)混凝土彎曲斷裂破壞，如第3炮所示。當(dāng)比例爆高0.28m/kg1/3＜Z＜0.3m/kg1/3時(shí)，混凝土梁遭受重度破壞，鋼筋混凝土梁頂部壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，3根箍筋裸露出來，背爆面呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連，背爆面中心區(qū)域少量混凝土表面脫落，如第8炮所示。當(dāng)比例爆高Z＜0.28m/kg1/3時(shí)，梁遭受嚴(yán)重破壞，鋼筋混凝土梁中部發(fā)生明顯的中部彎曲碎裂破壞，破碎區(qū)域較大，頂部壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，背爆面呈現(xiàn)三角錐形式的裂紋，與壓碎區(qū)域倒三角錐相連，背爆面中心區(qū)域混凝土表面較大范圍脫落，背爆面縱筋露出，如第7炮所示。當(dāng)爆距增加時(shí)，毀傷判據(jù)所適用的比例距離適當(dāng)降低。

圖11　第11炮試驗(yàn)結(jié)果（嚴(yán)重破壞）Fig.11 Test results of 11th experiment（serious damage）

表2　鋼筋混凝土梁試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of the experiments

3.2破壞等級(jí)劃分

在試驗(yàn)過程中對(duì)鋼筋混凝土梁中心的最大位移進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，隨著裝藥量增加，鋼筋混凝土梁中心的最大位移、撓跨比和背爆面層裂崩塌區(qū)域直徑逐漸增加，破壞等級(jí)也逐漸增加。

為了判斷鋼筋混凝土梁的破壞等級(jí)，本文在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)鋼筋混凝土梁的破壞等級(jí)進(jìn)行了劃分。劃分的依據(jù)是梁的撓跨比a:鋼筋混凝土梁的撓跨比a＜2%時(shí)，輕微破壞，破壞形式主要是背爆面出現(xiàn)少量裂紋，頂面中心兩側(cè)出現(xiàn)少量混凝土脫落，此時(shí)不影響鋼筋混凝土梁的使用；當(dāng)2%＜a＜3%時(shí)，中度破壞，梁中部出現(xiàn)較為明顯的彎曲壓碎破壞，側(cè)面其他區(qū)域出現(xiàn)三角錐斷裂裂紋，鋼筋混凝土梁的承載力有所降低，稍加維修就可以繼續(xù)使用；當(dāng)3%＜a＜5%時(shí)，重度破壞，梁整體變形較大，頂部壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，背爆面中心區(qū)域少量混凝土表面脫落，鋼筋混凝土梁的承載力降低較大，需要較大維修才能繼續(xù)使用；當(dāng)a＞5%時(shí)，嚴(yán)重破壞，梁彎曲斷裂崩塌破壞，背爆面崩塌破碎區(qū)域與迎爆面壓碎區(qū)域相連貫穿，鋼筋混凝土梁的承載能力完全喪失。

4 結(jié)論

本文通過野外化爆試驗(yàn)，對(duì)鋼筋混凝土梁在爆炸荷載作用下的毀傷判據(jù)和破壞等級(jí)進(jìn)行了分析，得到以下主要結(jié)論:

1）鋼筋混凝土梁在近區(qū)爆炸荷載作用下，在同一爆高下，隨著裝藥量的增加，梁的破壞程度逐漸增加，梁的破壞形態(tài)由迎爆面中心兩側(cè)少量混凝土脫落、背爆面少量斷裂裂紋逐漸增加變?yōu)橛娴谷清F形式混凝土壓碎彎曲破壞，背爆面出現(xiàn)三角錐裂紋和背爆面少量混凝土脫落破壞，最終迎爆面和背爆面三角錐破壞區(qū)域貫通形成中心區(qū)域壓碎崩塌彎曲破壞。崩塌區(qū)域的尺寸隨著裝藥量增加而逐漸增加。

2）在近區(qū)爆炸作用（以爆距0.5m為例）下，本次試驗(yàn)鋼筋混凝土梁的毀傷判據(jù)為:當(dāng)比例爆高Z＞0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到輕微破壞；當(dāng)比例爆高0.3m/kg1/3＜Z＜0.4m/kg1/3時(shí)，梁遭受到中等破壞；當(dāng)比例爆高0.28m/kg1/3＜Z＜0.3m/kg1/3時(shí)，混凝土梁遭受重度破壞；當(dāng)比例爆高Z＜0.28m/kg1/3時(shí)，梁遭受嚴(yán)重破壞。當(dāng)爆距增加時(shí)，毀傷判據(jù)所適用的比例爆高適當(dāng)降低。

3）本次試驗(yàn)的鋼筋混凝土梁的毀傷等級(jí)劃分和相應(yīng)的破壞模式為:撓跨比a＜2%時(shí)，輕微破壞，破壞形式主要是背爆面出現(xiàn)少量裂紋，迎爆面中心兩側(cè)出現(xiàn)少量混凝土脫落，此時(shí)不影響鋼筋混凝土梁的使用；當(dāng)2%＜a＜3%時(shí)，中度破壞，梁中部出現(xiàn)較為明顯的彎曲壓碎破壞，側(cè)面其它區(qū)域出現(xiàn)三角錐斷裂裂紋，鋼筋混凝土梁的承載力有所降低，稍加維修就可以繼續(xù)使用；當(dāng)3%＜a＜5%時(shí)，重度破壞，梁整體變形較大，頂部壓碎區(qū)域呈現(xiàn)倒三角錐形式，背爆面中心區(qū)域少量混凝土表面脫落，鋼筋混凝土梁的承載力降低較大，需要較大維修才能繼續(xù)使用；當(dāng)a＞5%時(shí)，嚴(yán)重破壞，梁彎曲斷裂崩塌破壞，背爆面崩塌破碎區(qū)域與迎爆面壓碎區(qū)域相連貫穿，鋼筋混凝土梁的承載能力完全喪失。

4）在近區(qū)爆炸作用（即爆距小于等于梁長(zhǎng)度）下，鋼筋混凝土梁的破壞不僅取決于爆炸比例距離，還與爆高有關(guān)。在同一比例爆高下，爆高越大，梁試件的破壞越嚴(yán)重，越容易發(fā)生彎曲崩塌破壞。因而，當(dāng)爆高增加時(shí)，依據(jù)比例距離確定的毀傷判據(jù)越小。

應(yīng)注意的是，本文建立的毀傷判據(jù)是依據(jù)本次試驗(yàn)的少量試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的，建立的判據(jù)僅適用于本次試驗(yàn)的鋼筋混凝土梁，對(duì)其他形式梁的毀傷判據(jù)需要在以后進(jìn)一步研究。文中的數(shù)據(jù)可為鋼筋混凝土梁的抗爆炸研究與設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)結(jié)果，也為后續(xù)的鋼筋混凝土建筑物整體毀傷評(píng)估奠定基礎(chǔ)。

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Damage Criteria of Reinforced Concrete Beams under Blast Loading

WANG Wei，LIU Rui-chao，WU Biao，LI Lin，HUANG Jia-rong，WANG Xing
（Luoyang Institute of Hydraulic Engineering and Technology，the General Staff Department，Luoyang 471023，Henan，China）

In order to investigate the damage criteria of reinforced concrete（RC）beams under blast loading，the experimental study of two different dimensions of RC beams under different blast distances and charge masses is carried out.Two common RC beams designed for tall buildings and frame structures are taken as the research objects.The damage mode and characteristics of RC beams are got through 11 independent blast experiments.The results show that，when RC beams are subjected to close-in blast loading，the damage level increases with the increase in explosive mass at the same blast distance，the damage mode of RC beams changes from a few fall-off of concrete on the two sides of upper side and a few ruptures on the rear face to the compressed flexural damage of reverse triangle cone-shaped concrete on the upper side and triangle cone-shaped crack and a fall-off of concrete on the rear face，and finally the triangle cone-shaped damage areas on both upper side and rear face are perforated to result in a crushed and punched damage of concrete in the middle area.The damage area increases with the increase in ex-plosive mass.Under close-in blast loading（blast distance=0.5 m for example），the damage criteria of the RC beams used in the experiment are:the beam suffers from minor damage for scaled burst distance Z＞0.4 m/kg1/3；it suffers from moderate damage for scaled burst distance 0.3 m/kg1/3＜Z＜0.4 m/kg1/3；it suffers from high damage for scaled burst distance 0.28 m/kg1/3＜Z＜0.3 m/kg1/3；it suffers from serious damage for scaled burst distance Z＜0.28 m/kg1/3.It is also found that the damage of RC beam not only depends on the scaled burst distance under close-in blast loading，but also depends on the burst distance.At the same scaled burst distance，the more the burst distance is，the damage of RC beam is more serious.The results can be useful for engineering application and damage assessments.

ordnance science and technology；explosion load；reinforced concrete beam；damage mode；damage criterion

O383

A

1000-1093（2016）08-1421-09

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.08.012

2015-08-21

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（11302261）；國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與河南省聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1404107）

汪維（1983—），男，助理研究員，博士。E-mail:wangwei591@126.com