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双钢板混凝土组合结构抗冲击性能的研究进展
来源:zqlianyi.cn | 作者:pro212038 | 发布时间: 2021-10-13 | 6276 次浏览 | 分享到:
双钢板混凝土组合结构主要由双层钢板和内填混凝土组成,在核电厂房、高层建筑、防护结构等工程领域中得到了广泛应用。这种结构充分发挥了混凝土和钢材的材料特性:在荷载作用下,内部混凝土处于三向应力状态,强度和塑性得以提高;外侧钢板在连接件的拉结和混凝土的支撑下,不会过早发生屈曲。

果来看,对于静力加载下表现为延性弯曲破坏的构件,当加载速率增加时,由于混凝土在应力波的传播过程中发生开裂、剥落,构件的整体抗弯性能下降甚至完全丧失,进而导致构件在冲击作用下容易呈现脆性破坏,且难以通过理论方法进行计算。如果直接应用等效模型进行分析,则可能得到错误的结果。由于SC结构的外侧钢板能够有效防止混凝土崩落,因此SC结构在冲击损伤过程中能够保持很好的完整性。从现有试验研究来看,SC结构在冲击作用下与静力加载下的破坏模式相近,因此采用等效模型进行分析均得到了很好的结果。



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设计规范

工程结构对抗冲击性能需求的增长,在新发布的设计规范中就有所体现。美国AISC N690s1—15规范规定了SC结构在冲击作用下的材料强度提高系数(DIF)和结构延性比限值,建议采用等效单自由度法或有限单元法计算结构的动力响应,并针对局部破坏问题推荐Bruhl等提出的三步设计法。

我国最新编制的GB/T 51340—2018《核电站钢板混凝土结构技术标准》于2019年5月1日正式实施。规定了核电站SC结构需要考虑的冲击作用包括:在设计基准事故工况下因高能管道破裂而产生的喷射冲击荷载Rrj、在设计基准事故工况下因高能管道破裂而产生的撞击荷载Rrm 、龙卷风引起的飞射物撞击所产生的效应Wtm、内部飞射物引起的撞击荷载A1、外部爆炸引起的冲击波荷载A2 、外部飞射物引起的荷载A3等。要求计算结构撞击响应时应充分考虑支座以及结构连接处的反力,计算冲击时除了计算局部破坏还应计算结构响应及对相关设备的影响,并给出了一组飞机撞击的冲击力和作用面积时程曲线。



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关键问题

针对SC结构在冲击作用下的局部破坏,现有研究主要集中在小质量弹体的高速冲击试验研究。这方面工作开展较早,积累了一定的试验数据。结合混凝土侵彻问题和钢板穿甲问题的研究,提出的半理论半经验方法能够有效地针对SC结构在高速冲击下的局部穿透问题进行设计。

在SC结构的冲击动力响应方面,国内外学者主要通过落锤冲击试验进行研究。通过建立等效质量-弹簧-阻尼模型,能够计算得到较为准确的动力响应结果。但常用的单自由度模型只能给出结构的位移响应时程,而不能计算冲击力时程,以及接触过程中的局部破坏。为解决这一问题,可以增加一个自由度来描述SC结构和冲击物之间的接触过程。但这方面研究工作很少,值得进一步探讨:

首先,基于高速冲击试验得到的经验公式具有一定的适用范围,显然不能用于求解低速冲击下的

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