HHT 600 高强RC 梁的抗爆性能试验研究

冷 星，刘 云，孙 敖，吴永春

(1.解放军理工大学国防工程学院，江苏南京 210007;

2.安徽富煌钢结构建筑工程设计研究院有限公司，安徽合肥 230088)

研究钢筋混凝土梁、板、柱等结构构件及整个结构在爆炸荷载作用下的破坏模式和抗爆性能，对于提高钢筋混凝土结构的抗爆安全性具有重要的理论意义和工程价值［1］。由于爆炸冲击荷载具有传播速度快、峰值大、作用时间短等特点。爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土构件和结构的动力响应十分复杂，近年来国内不少学者对普通钢筋混凝土梁、板、柱等构件在爆炸荷载作用下的动力行为开展了一系列的研究［2～7］，但针对高强钢筋混凝土构件的抗爆性能试验研究比较少。

1 试验概况

该试验为RC 简支梁抗非接触爆炸性能对比试验。通过对两组不同配筋率的HHT 600 高强RC 梁和HRB 400 普通RC 梁的对比试验，研究高强RC 梁与普通RC 梁在爆炸荷载作用下的受力性能、两种钢筋混凝土梁的抗爆性能差异以及抗爆破坏特征。

试验装置为大型制式爆坑和DH 5939N 高速数据采集记录仪。

1.1 试件设计

试件采用两端简支，试件分为两组，每组为4个，总共为8个试件。混凝土等级均采用C40，保护层厚度为25mm，试件尺寸为200×400×3300 mm。具体配筋形式见表1。

表1 钢筋配筋率及配筋形式

1.2 材料力学性能

混凝土、钢筋的材料力学性试验结果见表2。其中混凝土的抗压强度为42.3 MPa。

表2 材料力学性能试验结果

1.3 试件测量内容和测点布置

试验量测内容主要有:量测梁顶迎爆面的压力，支座及控制截面位移、受拉钢筋及混凝土应变，梁底加速度。测点布置如图1 所示。

图1 位移、应变、加速度测点布置

1.4 加载方式

试验在解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室进行(图2)。本次主要为对比试验，为尽可能地减小试验测量误差，试验加载采取空爆形式加载。采用导爆索模拟均布形式加载。对每组试件中两个相同的梁，通过控制炸药量使其分别产生中等破坏(出现明显的裂缝)和严重破坏，跨中出现明显的塑性铰。采用电雷管引爆导爆索的加载方式进行加载，由于导爆索爆炸荷载峰值与导爆索长度之间没有精确对应的关系，所以在试验前，要进行试爆(表3)。

表3 试验梁加载方式

图2 加载示意图

对试件的预估所能承受的最大爆炸荷载峰值进行试爆，得到其相应的导爆索长度。试件安装调试后，对两种钢筋型号的试件采用相同导爆索长度加载，进行对比试验，具体加载方式见表3。试验中观测裂缝开展情况，观察试件的破坏特征，描绘、记录板破坏时的裂缝分布和破坏形态。

2 试验结果与分析

2.1 试件破坏形态及分析

从试验情况来看，HHT 600 钢筋与混凝土粘结良好，在爆炸冲击荷载作用下未出现钢筋与混凝土间的粘结滑移破坏。部分试件破坏后裂缝分布如图3 所示。

表4 试件破坏形态

2.2 试件动力响应时程

采用DH 5939N 高速数据采集记录仪，对每次爆炸荷载作用下试件的动力响应进行了测量，数据采集间隔时间约0.2 ms。部分试件动力响应如图4～图7 所示。

2.2.1 压力时程曲线

图3 试件破坏后裂缝分布

图4 所示为P1、P2 的压力时程曲线。从图中可以看出:爆炸压力作用时间约为0.4 s，升压时间很短，约为20 ms，降压时间约为0.38 s，为明显的脉冲作用。

图4 压力时程曲线

2.2.2 位移时程曲线

各试件跨中位移峰值见表5，试件HB06－1a 和HB06－1a的跨中位移时程曲线为图5 所示。

表5 梁跨中位移峰值对比

图5 梁跨中位移曲线

从中可以看出:①位移响应时间大约为0.52 s，上升时间很短，约为60 ms，下降时间较长;②梁HB06－1a 跨中位移峰值明显比梁HB06－2a 的大;③随着爆炸荷载的增加，梁跨中竖向位移随之增大。

2.2.3 钢筋应变响应

各试件的钢筋应变测点E1 至E9 测得的应变峰值见表6。

表6 跨中钢筋应变峰值对比

试件HB06－1a 和HB06－2a 跨中钢筋应变响应如图6。

图6 跨中钢筋应变时程曲线

从中可以看出，①钢筋应变响应时间约为0.5s;②与HRB 400 普通RC 梁相比较，HHT 600 高强RC 梁跨中钢筋应变明显减小。

2.2.4 加速度时程曲线

试件HB06－1a 和HB06－2a 跨中加速度响应如图7。

从图中可以看出试件HB06－1a 的跨中最大加速度幅值比HB06－2a 更高，说明HB06－2a 梁的刚度比HB06－1a的大。

3 结论

通过4 根普通RC 梁和4 根高强RC 梁在非接触爆炸荷载作用下的对比试验研究，可以得出如下主要结论:

图7 梁跨中加速度时程曲线

(1)爆炸冲击荷载作用下，钢筋混凝土梁的破坏形式为弯曲破坏;随着荷载增大，梁产生跨中塑性铰。

(2)在相同爆炸荷载作用下，高强RC 板比普通RC 板跨中峰值位移稍小，加速度时程响应比较接近，说明采用HHT 600 级高强钢筋，对提高钢筋混凝土板的刚度影响不大。

(3)在相同爆炸荷载作用下，配筋率相同条件下，普通RC 梁与高强RC 梁相比较，从所测得的试验数据来看，高强RC 梁中的钢筋应变明显低于普通RC 梁中的钢筋应变;从宏观破坏现象来看，普通RC 梁出现的裂缝宽度比高强RC 梁的更大，HHT 600 级钢筋与混凝土粘结性能良好，试件未出现粘结滑移破坏，说明高强RC 梁的抗爆性能优于普通RC 梁。

(4)在一定的配筋率范围内，提高钢筋混凝土梁配筋的强度等级，钢筋混凝土梁的抗爆性能会增强。

［1］汪维，张舵，卢芳云，等.钢筋混凝土楼板在爆炸荷载作用下破坏模式和抗爆性能分析［J］.兵工学报，2010，31(1):102－106

［2］孙文彬.碳纤维加固钢筋混凝土板的爆炸试验研究［J］.混凝土，2007(11):65－69

［3］周布奎，王安宝，杨秀敏，等.GFRP 加固RC 双向板抗爆性能试验研究［J］.爆炸与冲击，2006，26(3):234－238

［4］郭樟根，曹双寅，王安宝，等.爆炸荷载作用下外贴FRP 加固钢筋混凝土双向板试验研究［J］.建筑结构学报，2011，32(2):91－97

［5］吴平安.爆炸荷载作用下影响RC 梁破坏形态的主要因素分析［J］.计算机力学学报，2003，20(1):39－42

［6］柳锦春，方秦，龚自明.爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析［J］.爆炸与冲击，2003(1):25－30

［7］匡志平，杨秋华，崔满.爆炸荷载下钢筋混凝土梁的试验研究和破坏形态［J］.同济大学学报(自然科学版)，2009，37(9):1153－1156