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毕业设计翻译
FailureofBlast-LoadedReinforcedConcreteSlabs
J.S.KUANGandH.F.TSOI
DepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,HongKongUniversityofScienceandTechnology,HongKong
爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的失效分析
J.S.KUANG和H.F.TSOI
土木与环境工程系,香港科技大学,香港
爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的失效分析
J.S.KUANG和H.F.TSOI
[摘要]爆炸荷载作用下，钢筋混凝土矩形板的弯曲效应和破坏形态是基于刚塑性模型来研究的。
正交各向异性钢筋和非对称支撑的弯曲限制作用共同影响了结构配置和细部结构。
本篇文章对两个方案的失效模式进行了介绍，并根据典型爆炸载荷的动态响应特性进行了概述。
通过大量的研究，对目前模型和显式有限元模拟得到的结果进行了比较。
结果表明，所提出的分析能够获得钢筋混凝土板动态响应特性的基本特征，为爆破设计和混凝土板的评估提供了一种简单而有效的方法。
关键词:
爆炸荷载、钢筋混凝土板、破坏机理、产量。
1介绍
近年来,民用楼房和建筑物意外地受到恐怖袭击的威胁,尤其是汽车炸弹的或其他便携式引爆装置。
这些高机动性的潜在威胁对结构安全提出了一个具有挑战性的问题,任何结构部件都可能会受到不可预知的负载,然而他们没有在负载类型和强度这两个方面进行设计。
有一些历史事件,比如俄克拉荷马城爆炸案,它告诉我们，局部的剧烈负载可以引起结构的不对称崩溃。
在这方面,影响组件的故障预测成为评估一个现实结构抗爆炸性能的非常有价值的指标。
在这篇文章中，论述了关于爆炸荷载作用下钢筋混凝土矩形板的动态特性的设计方法。
分析基于刚塑性模型,基于有效性爆炸效应作用下钢筋混凝土构件为非弹性变形这一基本事实。
正交各向异性矩形板的弯曲公式介绍了强化和支撑弯曲约束。
类似于静态柱截面分析失效模型,刚塑性模型分析中分析一个动态容许速度场。
两个方案的速度场或失败的模型,论述了修改过后的动态刚塑性反应金属板（考克斯和Morland1959;科马罗夫和Nemirovskii（1986）。
2分析
2.1两个失败方案
考虑一个矩形钢筋混凝土板的长宽比λ≡a/b≥1,在a和b分别是长度和宽度。
没有提供给板横向边界限制,因此不产生影响。
正交的钢筋被假定为结合的主要几何轴板。
积极（消极的）弯曲时效电阻在α-和β-mpα方向和mpβ（m'pα和m'pβ）分别对应方向α和β的长度为a、宽度b板。
介绍了一个正交的跨度的阻力系数K=√Mpβ/Mpα。
结构配置和细部强化在现实结构中可沿着边界负收益率影响弯曲能力,从而部分弯曲约束指定了每个支持边缘定义的约束因素,0≤ρ≤1,对应于一个支持弯曲能力ρmp（≡ρ'p）,ρ（ρ”）它代表了积极（消极）矩形板配筋率,一组四个约束因素来标示{ρα1、ρα2,ρβρβ2},在相应的支持下旋转用{φα1、φα2φβ1,φβ2}。
然后下面的约束比率被定义,
这个比率κρ表示支持asymme尝试两个主要轴;κακβ表明支持不对称的两个边缘小和大轴,分别和通常是大于或等于1清晰。
一个矩形板的失效机制支持在所有边缘示意图计划和方案二,如图1所示。
方案二是roof-shaped横向速度剖面与塑性变形集中在刚性板之间的相对旋转部分离散屈服线,虽然方案二包括有限的中央出现塑性区,一般作为外部负载达到一个更高的水平比可以均衡机制的计划我在不违反动态可容许。
变量ξ（τ）和η（τ）介绍了定义屈服线模式和规模。
中央塑性区,τ是一个无量纲时间,ξ1+ξ2≤1和η1+η2≤1。
爆炸加载,如一般的实用设计,视为一个统一的压力脉冲,这是一个合理的简化远距离爆炸（史密斯和海瑟林顿1994）。
（a）模型1（b）模型2
2.2控制方程
据分析得，正常旋转板部分对应于故障首次引入机制如图1所示
（1）
这里
（2）
重力加速度g,T是一个规定的时间尺度,qwis自重造成板的单位面积。
压力负荷,问（τ）,正常如
（3）
如图1所示（b）,方案二的特征,是一个中央塑料佐薇ne周围四个刚性板零件旋转对其边界边,然后将控制方程Λ≡κρκmλ。
方程（4）（4d）分别代表每个板部分的转动平衡,方程（4e）代表的平移平衡中央塑性区,一个均匀的应力状态预测为纯弯曲响应和塑性变形发生沿区域边界;（4f）只是简单说明了运动学方程的连续性条件。
如图1所示（一个）,方案二类似传统的屈服线模式的静态崩溃分析钢筋混凝土板,没有一个中央塑性区。
控制方程从而可以通过减少方程（4）方案二世把η1+η2≡1和消除方程（4e）,给出的
（4）
（5）
2.3增长模式
在静态崩溃,它可以表明,给出的极限载荷
（6）
与相应的增长模式参数
（7）
动态塑性响应发生在负载强度高于极限载荷,并被我计划或方案二。
强度相对较低,计划我和变形模式适用于类似于静态崩溃;而强度高,塑性区中部形式和变形模式改变了方案二。
这种转变的临界负载机制的崩溃
（8）
与相应的增长模式参数
（9）
一个重载参数可以引入多个的极限载荷
（10）
然后关键重载由下列组成
（11）
2.4爆炸载荷表示
爆炸加载脉冲,在结构分析的前提下,通常被认为是零上升时间和一个单调衰减时间历史,从线性到指数脉冲形状。
爆炸加载脉冲通常可以表示为一个函数在以下表格
（12）
在t物理时间,ζ,ν和t爆炸载荷参数校准各种炸药类型和物理设置（Henrych1979）。
脉冲函数描述的压力随时间的变化的积极和消极的阶段。
为目的的结构响应分析也简单,负相往往忽视了由于其相对不重要级,和积极的阶段是作为跨越时间T,即ζ=1,三角形,ν=0,或者有时形状指数,ν=2。
加载函数与无因次时间,然后写τ=t/t
（13）
2.5响应特性
板的结构响应的动态压力脉冲超过静态极限载荷可以分为多个阶段根据压力强度。
单调降低强度,随着爆炸荷载通常被认为是,两种可能的情况下给出如下。
2.5.1中等负载,χo≤χcr
当初始/峰值压力强度小于产量的关键一个模式转换,方案我描述的反应是完全由方程（5）描述（5e）。
增长模式的初始值ξ1cr≤ξ1o≤ξ1p,ξ2cr≤ξ2o≤ξ2pandη1o=η1p,发展与ξ1（τ）≥0和ξ2（τ）≥0χ”（τ）≤0,最后成为固定当ξ1（τ1）=ξ2（τ1）=0。
动态塑性变形与ξ1仍在稳定阶段（τ）=ξ1（τ1）和ξ2（τ）=ξ2（τ1）,直到ψ”（τf）=0时运动停止,τf运动的总时间。
2.5.2高负载,χo>χcr
响应包含一个第一阶段所描述的方案二,下列方程（4）（4f）,指示的形成中央塑性区。
ξ的收益模式初始值1o<ξ1cr,ξ2o<ξ2cr,η1o<η1cr和η1o<1-η1cr。
塑性区减少,ξ1≥0,ξ的2≥0,η1≥0和η2≥0χ”（τ）≤0。
然后从方案二收益模式的转换方案时发生η1（τ1）+η2（τ1）=1或相当于η1（τ1）=η1cr,根据脉冲形式,之前或之后加载的结束。
类似于中等负荷的情况下,第二阶段所描述的方案然后我遵循和运动停止后最后一个企稳的阶段。
它可以表明,比例加载条件下,即,一个固定空间载荷分布,目前制定承认
（14）
这些简单的关系反映了不对称的影响支持条件产生的进化模式和板的变形部分。
最后,横向偏转,w（τ）,可以通过简单地跟踪评估旋转和收益模式变量,例如,
（15）
3数值研究
数值研究进行说明钢筋混凝土板的动态响应的预测存在刚性的整形模型。
显式非线性有限元模拟也进行了比较,使用ANSYSAUTODYN的RHT模型用于普通混凝土和双线性硬化塑性模型用于钢筋。
板模型的长度和宽度3500毫米,2500毫米,100毫米的深度,质量密度2400kg/m3,40MPa的混凝土立方体强度,钢筋屈服强度460MPa。
底部钢筋T10@200和T10@300主要和次要的轴,分别。
弯曲限制在两个相邻边缘提供相同的上层钢筋分布底部,而简单的支持提供了两个其他边缘。
在R-P
模型中,相应的板给出的参数计算和λ=7/5,κm=1.215,κρ=1,κα=κβ=√2。
R-P模型演示的响应阶段,产量变化模式参数和旋转板部分绘制在图2和图3分别获得了一个三角形的脉冲和一个矩形脉冲,χo=4的一个初始强度和持续时间T=10女士的依赖产生模式演化对加载函数从图3可以看到,一个矩形脉冲产生的模式仍然是静止的直到加载结束,而对于一个衰退的脉冲产生的模式发展自初始加载。
（a）三角脉冲（b）直角脉冲
（a）三角脉冲（b）直角脉冲
方案二的中央塑性区进一步显示在图4的矩形脉冲通过比较收益模式R-P模型与损伤分布板底部的加载仿真结果。
最后横向偏转概要提出了主要和次要的轴和对比在图5中。
（a）R-P模型（b）ANSYSAUTODYN模拟
（a）沿弱轴偏转（b）沿长轴偏转
最大变形量的预测分析和有限元数值模拟。
相比在图6中,当板进行一系列的三角形脉冲荷载强度,代表典型的爆炸加载在实际设计。
目前的模型预测的变形量与有限元分析的结果较成功。
4结论
弯曲响应和爆炸加载作用下钢筋混凝土矩形板的失效分析是基于刚塑性模型下来研究的。
由一般结果产生的失效机理和动态模式能够得到塑胶板的响应特性。
数值研究表明,本模型能够得到关于各种板性能的影响结果和在不对称条件下对变形特性的支撑情况,并在动态板处于强烈爆炸加载时提供准确的预测。
目前的模型可以作为一种有效且功能强大的分析工具来分析动态板的特性,特别适用于在爆炸加载作用下的初步评估和在实践中钢筋混凝土板的设计。
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