高温下钢管混凝土SHPB抗冲击性能试验研究和理论分析

摘要

自911事件发生以来，研究者们对常温条件下建筑结构的动态力学性能给予了足够的重视。然而，汽车炸弹等恐怖袭击，化工厂爆炸等往往在爆炸的同时会产生高温高热，引发火灾；同时，建筑火灾频发，很多还引发煤气爆炸，都会对建筑结构造成高温和动力的双重冲击，导致建筑结构局部损坏、坍塌，甚至整体倒塌。目前，对于结构处于火灾(高温)下的抗冲击(倒塌)性能尚未见研究报道。本文综合运用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar，SHPB)装置和特制的高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击试验，并对试验结果进行了数值模拟。本文研究工作主要有如下几个方面：
　　 (1)进行了高温下SHPB冲击试验方法研究，采用数值模拟确定的升温制度来加热试件，可使试件较好地达到均匀温度场。
　　 (2)进行了高温下钢管混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能试验研究，通过测试试件的应变、应力时程曲线和应力-应变关系曲线，分析温度、冲击速度(应变率)、含钢率和长径比等试验参数对高温下钢管混凝土抗冲击性能的影响规律。
　　 (3)进行了高温下混凝土的抗冲击性能试验研究，测试了高温下混凝土的应变、应力时程曲线和应力.应变关系曲线，分析温度和冲击速度(应变率)对高温下混凝土动态力学性能的影响规律。结合CEB的常温混凝土动态模型，拟合得到了高温下混凝土的动力增大系数(dynamic increase factor，DIF)关于温度和应变率的函数。
　　 (4)利用ABAQUS有限元软件对高温下钢管混凝土SHPB抗冲击试验进行了数值模拟，数值计算结果与试验结果吻合较好。并以该数值计算模型为基础，进行了含钢率、混凝土强度和钢材强度的参数分析，分析了动态荷载下钢管混凝土达到极限强度时钢管的约束效应。建立了高温下钢管混凝土动态极限强度的计算公式，并与数值计算结果进行了对比，两者吻合较好。