[01441565]工程混凝土结构的抗冲击/爆炸安全分析和模拟研究

一些现代混凝土结构愈来愈多地可能承受变化剧烈的冲击载荷，如防护结构、核反应容器外壳、海洋结构、桥梁等，在风浪、地震甚至遭受意外船撞、爆炸脉冲、武器攻击等作用时的安全防灾分析愈来愈受到关注。但与静态分析相比，在爆炸/冲击下的混凝土材料和结构的动态破坏响应问题要复杂得多，一方面必须计及波传播和混凝土材料的率相关本构特性，另一方面动态破坏还包含了压碎、层裂、冲剪等多机制过程，因此，近十几年来，对其动态响应的全面分析和数值模拟成为国际研究的热点之一，具有重要的工程实用价值和军事背景。以前对混凝土结构的设计和安全分析大都基于弹塑性理论以及准静态性能，但在强动载下结构的动态响应分析必须计及两种最基本的动力学效应，即材料的惯性效应(或应力波)和应变率.另一方面，在冲击载荷下，由于应力波反射卸载作用，结构的卸载拉伸失效(如层裂)可能上升为主要矛盾。这样，与静态下主要关注混凝土压缩特性不同，动态下还必须特别关注其动态抗拉特性。混凝土的动态拉伸强度，以及相关的应变率效应、损伤演化和试件尺寸效应等已成为现代混凝土结构抗冲击动态数值计算破坏模型中的关键参量。混凝土在冲击/爆炸载荷下的动态本构特性和失效准则是结构安全设计和分析的基础，对其动态基本性能的实验研究本身有着重要的学术价值，同时也是对混凝土结构开展爆炸/冲击安全分析和模拟的最重要的基础参量。对于混凝土结构爆炸/冲击动态响应的分析和数值模拟还必须包括结构破坏失效过程，由于混凝土动态破坏是一个复杂的多机制控制过程，对其破坏模型的选择和建立也是当前研究的热点。混凝土板类结构爆炸破坏响应过程本身是一个包括波传播、压碎、层裂和冲剪破坏过程，对爆炸应力波在混凝土中的传播、破坏过程的研究，有利于对混凝土结构破坏过程机理研究的开展和深入，同时也是防护工程震塌设计的基础，对混凝土结构的抗爆炸/冲击安全分析具有重要意义。该项目利用变截面式74mm大尺寸SHPB实验装置，充分考虑波传播的动态效应、二维弥散效应的影响，设计新的试验方案和测试、处理技术，开展工程混凝土及钢纤维混凝土冲击动态本构特性的实验研究，包括在冲击压缩下应变率效应、内部损伤演化效应的实验研究，冲击拉伸特性研究，在爆炸高压下的性能特性研究。获得相关的工程混凝土动态基本特性，用于工程混凝土板类结构的抗爆炸动态分析，将试验分析和数值(仿真)模拟相结合，研究破坏模式和机理，建立破坏模型，开展混凝土结构的抗爆炸/冲击响应的模拟，这无论对于混凝土工程设计和分析应用及安全防灾都具有重要意义。