结构抗爆炸的美标设计和施加爆炸荷载钢筋混凝土的结构响应

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摘要: 研究了美国标准的结构抗爆炸设计的一些规定，和钢筋混凝土结构构件对爆炸荷载的结构响应

关键词:爆炸设计标准钢筋混土 结构响应

中图分类号：O643.2+21 文献标识码：A 文章编号：

0目的

在设计爆炸荷载抵抗结构构件的最初目的是提供足够的柔度能使构件偏转依靠一定数量与允许破坏的程度一致；这将使一个最初的设计建立在广泛的弯曲塑性变形基础上的。在这样的变形，构件不应该过早的失效，由于其他荷载的影响，例如剪力或者局部不稳定性。

如果构件不被施加反复的爆炸荷载，例如在一个实验的设备里，设计应该是建立在最终的限制状态里。简支支座应该被避免无论在那里可能和构件之间的连接应该仔细详细以便荷载的转换。

1设计荷载

抵抗被提供给的爆炸荷载是一个极端的事件，而同样有一个低概率的发生。这样，是合适的对爆炸荷载设置一个统一分项的安全系数。

固定荷载，储存和其它持久荷载也应当被设计统一的安全系数。活荷载和风荷载同时和爆炸荷载作用的数量可能是他们各自的设计值的仅仅一个小的比例。当和爆炸荷载组合作用时不同变化的风荷载和活荷载应该用一个0.33的系数，这一点被推荐在BS5950：部分1［1］

和BS8110：部分2［2］。

当其它荷载出现在爆炸加载的时候，他们可能假设恒定作用遍及爆炸荷载的应用。这些其它的荷载的影响通常将会减少一个构件有效抵抗。然而，作为这些荷载的惯性的结果可能有一个有益的效果这里质量和这样的荷载有联系的。

2设计强度

设计通常应该建立材料的特征强度上―那是一个统一的分项安全系数，如果没有一个证据表明一种特定的材料的平均强度通常比特定的最低的高。例如，等级50或者更低的结构钢特征屈服应力可以增加10%在包括爆炸荷载的设计计算里。

在迅速施加的荷载作用下，应变应用的比率增加而这可以有一个显著的影响在结构材料的机械属性。对比在静加载下的机械属性影响可以被概括如下：

结构钢或者钢筋的屈服应力，增长很多对动屈服应力，。

结构钢和钢筋的极限抗拉强度，，考虑应力加强的效果，轻微的增长对动极限强度，。

混凝土的抗压强度，，对动力抗压强度 明显的增长。

钢和混凝土弹性模量两者都不敏感对荷载的速率。

结构钢失败时的延性相对不敏感对加载的速率。

为了计算动应力的静应力的增强系数叫做动力增加系数（DIF）。结构钢和钢筋典型的DIF值被给在表1。被用在钢筋混凝土和结构钢构件里设计的动应力取决于变形或者破坏限制―这些后来被考虑在这章里。

表1.对钢筋混凝土和钢结构构件动增加系数（DIF）

*最小的指定的对于等级50或者更少的可以被增强依靠平均强度增强系数1.10。

3变形限制

在结构构件爆炸抵抗的设计里，控制标准通常是构件偏差或者变形的一个限制。在这个方法里，被构件支撑的破坏角度可以被控制。在任何特别的情况里，可以容忍的破坏水平将取决于什么将被保护，例如，结构本身，在建筑里的设备或者一个建筑的居住者。

有两种方法限制构件的变形可以被定义：依靠支座的旋转，（看图1）和延展性比率：

总之，钢筋混凝土构件被表达根据支座的旋转而延性比率被用在钢结构构件。

通过爆炸荷载的衰减对人员和设备的保护和保护他们免受主要和次级碎片的影响和结构的失败的部分，被推荐的变形限制被给在表2的类别1的保护下。

对保护结构构件它们自己在爆炸荷载的作用下不坍塌，推荐的变形限制被给在表2类别2的保护下。应当注意，这些限制意味着构件的广泛的塑性变形和在它们被重新用之前后来的修理和复位是需要的。对重新用不需要维修的情况，变形应该保持在弹性的范围，也就是，。这个后来设计条件可能导致大块的和后果昂贵的建筑。

图1构件的支撑旋转［3］

图2对于梁和结构的构件端部旋转

除了这些考虑之外，当然，如果爆炸荷载被施加，整个结构的稳定需要保持。TM5-1300［3］推荐最大的构件端部旋转角，这一点出示在图2，应当是而最大的侧向位移，在框架钢结构里被限制在层间高H的1/25。

4施加爆炸荷载钢筋混凝土的结构响应

当一个钢筋混凝土构件被加动载，构件变形一直到这个时刻，构件的应变能充分的发展来平衡爆炸荷载传递的能量而构件到最后混凝土的裂纹产生。出示在图3的抗力变形曲线给出了钢筋混凝土构件的弯曲行为。

图3 对混凝土构件弯曲反应的典型的抗力变形曲线

当构件刚开始加载，抗力随着变形线性的增加一直到钢筋混凝土构件的屈服产生。随后抗力保持不变随着变形的增长直到一个变形x1相对于一个支座的转角，，在受压区的混凝土压碎。这样，对在-范围内的混凝土是有效的抵抗弯距而覆盖在构件的两个表面的混凝土保持完整的。这个被提到做为类型1的截面（看图4a）。类型1构件可能被单独加强或者双倍加强，虽然为了迎合回弹的影响，一些受压混凝土构件通常是值得的。类型1截面的极限弯距能力，，可以用传统的塑性理论被定义，对于钢筋混凝土建立在混凝土的动设计应力（）的基础上，而钢筋。

对从混凝土到压力加强的压力转换，导致一个能力的轻微丢失如图.3。受压的加强的缺席混凝土的受压将导致构件的失败。充分的压力增强必须被获得充分的受拉钢筋，也就是，对称的加强必须被提供、。超过的支座旋转爆炸连接的提供需要是适当的绑在这个弯曲加强。包含混凝土的压碎没有任何脱离覆盖在受拉表面的构件被知道是类型2的截面（看图4b）而产生范围的。最终的弯距能力，跨度b 类型2截面的，被给如下：

这里在每个面的钢筋的面积而是受拉面和受压面的钢筋中心的距离。

图4典型的钢筋混凝土横截面［3］

图片5.钢筋混凝土的延性和散裂。弗朗西斯・韦利的照片

5结论

当构件进一步变形，钢筋进入它的应变加强区域和随着变形的增加抗力增长（图片5）。

缺拉膜应力的作用爆炸连接物抑制受压钢筋从一个短的时间屈曲到它的应变加强区域。在一个变形相当于值大约的，构件将丢失它的结构完整和失败如果没有其他形式的约束，例如，箍筋被用。箍筋构件可以被用在特殊的容易爆炸的贮存设备里但是不可能适用于建筑因为钢筋节点复杂。

虽然没有多少，即便要，爆炸下的剪力破坏，温度剪力破坏的迹象一定被避免为了一个构件弯曲能力的充分发展。混凝土的剪切能力单独被平衡依靠提供额外的剪力筋。

参考文献

[1] GC Mays ,PD Smith. Blast Effects on Buildings. 2003 printing

[2] Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions,

TM 5-1300-NAVFAC p-397 AFM 88-22.

Department of the Army,Navy, and the Air Force

[3] Design of Blast Resistant Buildings in Petrochemical Facilities.

The Petrochemical Committee of the Energy Division of the American Society of Civil Engieers,1997