无筋砌体墙的防爆炸:先进的审查

文摘

最近加强了恐怖袭击的崛起需要减轻损伤引起的爆炸加载的无筋砌体墙。技术的主要目标是防止生命损失,同时保持结构的完整性。摘要编译可用的最近文献爆炸无筋砌体墙的保护。它试图呈现艺术的状态在这一领域,包括缓解技术以及测试方法选择。纤维增强聚合物和聚脲是两个主要改造技术评估。其他技术包括但不限于聚氨酯、钢板和泡沫铝。由于没有广泛实施爆炸加载标准测试程序,直接比较的效率提出的减排技术并不总是可行的。尽管碎片是改造的效率的指标,目前以主观观察postblast碎片。

1。介绍

重复可以引用单个恐怖袭击和意外爆炸事件在西方世界如德克萨斯州(2005),伦敦(2005),康涅狄格(2010),和波士顿(2013)作为原因推动民用结构抗爆炸研究。仅在2010年,全世界有13186恐怖袭击(1]。一般来说,恐怖主义的行为试图引起的生理和心理伤害的最多的人现在和整个民众,而意外爆炸会破坏附近的住户的安全。因此,大部分的改造和设计技术的目标是减少攻击的有效性通过减少伤害和生命损失或改善乘客的安全。分裂的元素或作为结构的一部分,被认为是“有害”,土木水利51-11 [2)和分配性能的最低水平。自分裂通常是最致命的爆炸事件的一部分(3),除了建筑物倒塌,它通常是一个分析判断时的关键部分改造技术的有效性。寻找最具成本效益的方法来减少建筑物的碎片可能是恩人工业化和发展中世界各地。

由于近期兴起的全球恐怖袭击,本研究的目的是通知工程师和科学家目前的设计和改造技术可用于无筋砌体。本文将地址无筋砌体墙的类型的改造技术正在研究中大约在过去15年。巴肯和陈4)和Malvar et al。5]2007年先进的评论进行相关的话题和最回顾调查在此发表在稍后的日期。加固砌体不容易分裂,因此本研究主要关注无筋砌体。

综述了材料研究、实验组件,数值模拟,碎片减缓。

2。材料描述

搜索的文献在过去的15年里显示,最常见的类型的改造技术无筋砌体墙包括纤维增强聚合物和聚脲、聚氨酯、钢板、铝泡沫,和工程胶结复合材料所有被调查。这些技术提出了以下的概述。

2.1。纤维增强聚合物

纤维增强聚合物(FRP)复合材料单向织物在一个矩阵中与砌体墙的表面通常与环氧树脂或树脂。纤维加力量防止平面外弯曲和剪切的墙。玻璃钢提高结构的强度和延性,同时限制飞行碎片的数量。几个不同的研究已经解决了玻璃钢防爆炸的砌体墙的使用在过去的15年6- - - - - -8,13- - - - - -19]。衍生品玻璃钢是碳纤维增强聚合物(CFRP)和玻璃纤维增强聚合物(GFRP)。

2.2。聚脲

聚脲弹性体常用的各种应用程序的水、耐磨和耐化学性。聚脲似乎是一个有效的改造技术,因为它通常降低了碎片的砌体墙9,10,12,14,20.- - - - - -22]。一般来说,研究人员选择了它作为喷涂材料适用于室内的墙上。截至2016年,最近的研究似乎支持有限元估计或墙的反应的比较。聚脲的性能可以通过使用某些添加剂(调整21]。

2.3。聚氨酯

聚氨酯聚脲材料化学类似,但它有各种不同的形式,如喷涂胶粘剂和薄膜。最近,一些已经完成改造技术评估其有效性。

2.4。钢板

钢板是另一个潜在的砌体墙的改造技术。然而,钢板费力的安装,添加大量的静负荷在墙上,大幅增加成本(4]。由于这些原因,玻璃钢床单和泡沫铝表被认为更有吸引力的选择。

2.5。泡沫铝

泡沫铝是一种轻量级铝固体材料保留大量的原始性能,如耐腐蚀和强度。泡沫铝是一种很有前途的改造材料由于其早期出现塑性变形使它消散爆炸加载能量(23]。

2.6。工程有粘结性的复合材料

工程胶结复合材料(ECC)是典型的混凝土混合物成分除了少量的纤维。ECC具有良好的强度和延性特征除了高断裂韧性。变化的ECC显示高能量吸收能力的影响(22]。这些特点使得ECC的可能候选人提高砌体的抗爆炸加载。

3所示。实验调查

3.1。纤维增强聚合物

Urgessa和Maji13用八砌体墙进行了一项研究。四个八墙加固一个无机矩阵包含液体硅酸钾溶液和无定形氧化硅粉。墙上有两个两个层和其他两个有四层。剩下的四面墙和触变环氧树脂和增强2:1固化剂。混合都是应用于墙上玻璃钢表。再次,两堵墙有两层,两堵墙有四层。每个八墙是受到爆炸荷载的0.45公斤助推器相当于0.64公斤TNT。周围的墙壁被设置在一个圆爆炸源半径为1.83米。墙上有两层位移范围从14.5到18.8厘米。大型水平裂缝形成大多数臼关节。 The walls with four layers experienced displacement of 10.0 cm to 12.9 cm. No visible cracks were seen and fragmentation was contained in all tests.

谭和Patoary6]应用20.92 GJ (5-ton TNT)爆炸三个砌体墙和112.97 GJ (27-ton TNT)爆炸三个额外的砌体墙。墙壁受到112.97 GJ爆炸是固定在地面和墙壁的20.92 GJ爆炸并不固定。执行这些测试三次总共十八砌体墙。测试的距离如图所示1。每组的墙壁被分配一个模块数量的形式“厘米”墙数量紧随其后。此外,“R”和“L”被添加到最后表示的墙壁被解决。例如,CM1R指第一壁和右墙在那个特定的集合。碳的不同使用玻璃钢,玻璃玻璃钢、无捻粗纱布,可以看到在图加强剂1和近似结果基于Tan和Patoary所呈现的图6图中可以看到1和表1,分别。

的一些墙壁设计经历塑性变形。然而,每个墙上测试显示没有明显的开裂或分层,每个墙被认为是成功的。基于表中给出的结果1,我们可以推断,玻璃玻璃钢和无捻粗纱布有类似的效果。

Baylot et al。14)进行了剂量的模型1毫米厚玻璃玻璃钢砌石墙的背面。长城是不同大小和距离的电荷。虽然墙上脱离了框架和经验丰富的灰缝开裂,墙上仍然被认为是成功的,因为墙上仍完好无损,正直。这个实验是独一无二的,它测量的有效性改造通过阅读的速度飞行的碎片。尽管玻璃钢在限制援助碎片的数量,这个方法比较速度的有效地说明风险的程度不如最初。

斯坦利et al。7随着芳纶FRP)使用两部分喷涂聚脲。这个测试是成功的,包含所有的碎片。墙的最大挠度大约是230毫米。见数据2(一个)和2 (b),左边的墙是控制和没有改造。右边的墙墙钢筋与聚脲和芳纶玻璃钢。

斯特拉特福德et al。15]玻璃玻璃钢表附加到粘土砖墙和混凝土砌体墙单元。床单被应用在水平和垂直两个方向增加墙的抗剪强度。墙是受到预应力加载100 kN的垂直方向(抗压)。水平荷载增加50 kN增量。最大负荷应用于粘土砖墙、混凝土单元墙195 kN, 130 kN,分别。

相应的最大变形量分别为1.4厘米和1.3厘米。两个墙显示快速沿着砂浆开裂荷载下关节。脱胶的织物从墙上也发生在一些位置沿墙。

Alsayed et al。16]使用200×200×400毫米空心混凝土圬工单位内构造墙2.1米长,1.5米高的钢筋混凝土框架。六砌体墙是包括在实验过程,三是加强与1.85毫米厚GFRP表放置在正交方向。其他三个墙壁无钢筋。测试包括三个不同大小的指控放置在不同的距离墙:1.134公斤,4.8米;49.9公斤,4.8米;分别和14.2公斤,2.0米。每个测试使用一个无筋砌体墙和一个GFRP加固墙。所有指控被设置在一个离地面0.75米的高度。改造的有效性判断,Alsayed et al。16)国防部最低反恐标准用于建筑四层的损伤(3]。两个墙的影响1.134公斤爆炸显示没有损伤和保护等级高。49.9公斤的爆炸,墙壁都是给定一个保护等级中等但显示不同类型的损伤。无钢筋墙与块推出光损伤在小超然墙框架接口。钢筋墙显示脱胶墙框架接口和FRP-frame接口。为14.2公斤,墙壁都失败,但评分不同,因为GFRP加固墙阻止了飞扬的瓦砾残片。无钢筋墙被给定一个非常低的水平和保护钢筋墙保护水平低。GFRP加固砌体墙是得出的结论显示潜在的改造技术,被认为是有效预防分裂。

Bui和Limam17考虑双向弯曲的无筋砌体由于竖向荷载和横向负载(压力)的爆炸加载可以推测。实验使用空心混凝土块大小20×20×50厘米构建四个测试墙设置。从顶部看,三个墙形成U只有直线。U是底部的主墙:2.9米长,2.0米高。邻边墙壁是1.0米长,2.0米高。两种不同类型的基金会用于墙壁。墙基础板型准尺寸在310×120×20厘米,而墙2 - 4有一个矩形板大小的350×185×25厘米。墙壁3和4是加装碳纤维增强塑料复合,但碳纤维增强塑料的数量是不同的。墙3使用7垂直碳纤维增强塑料带和6水平碳纤维增强塑料条,有20毫米宽,2米长。墙4条只有7.5毫米宽。 The static pressure on the wall was increased until the displacement of the wall reached 50 mm. The CFRP reinforced walls had noticeable increases in bearing capacity. Wall 4 reached a capacity of 90 kN/m²和墙3达到140 kN / m的能力²相比无钢筋墙2 58 kN / m的能力²。墙刚度分析压力位移曲线的斜率。当成为非线性曲线,它表明裂缝的发展和他们的增长。碳纤维增强塑料改进墙刚度和阻止裂缝发展。墙1、2和4有类似的主墙裂缝模式:垂直裂缝在墙和斜裂缝形成的中心从降低主墙的角落。墙3,然而,只有小裂缝主要墙上。墙墙4和3看到邻墙裂缝,因为主要弯曲弯曲的墙。Bui和Limam17一起)得出的结论是,墙上显示简支墙执行比墙与实际边界条件和现实的边界条件下必须进行更多的研究,以正确评价碳纤维增强塑料改造的有效性。

陈等人。186.5)进行剂量爆破测试宽1.5米高×2米×0.2米厚墙。MU15 P型多孔砖大小宽度90毫米×90毫米×190毫米长度高度被用来建造城墙。墙上的TNT电荷大小使用范围从0.2到34.2公斤。按比例缩小的距离范围从1.81到10米/公斤^1/3。三种类型的改造材料在爆炸测试:检查加固钢网,钢筋。碳纤维增强塑料条厚度1.2毫米,宽30 mm的保税的环氧胶粘剂的墙在水平和垂直方向。钢丝网在砌筑墙的后面用钉子上一层10毫米迫击炮紧随其后。钢筋2毫米厚度和30毫米宽度与指甲和保税环氧胶粘剂的背面墙上。八个压力表被安排在砌筑前记录测量。所有三个改造技术提高了墙的性能。在3.9公斤,无筋砌体墙看到残余位移约3毫米中心的墙,碳纤维增强塑料,钢丝网,钢筋加固墙看到1毫米或更少的位移。同样,改造技术有3毫米的最大位移、最大位移的6毫米相比无钢筋的墙。陈等人。18)指出,改造技术的有效性增加更高的权重。碳纤维增强塑料地带改造降低了残余位移的任何改造技术,减少92%的位移。相比之下,钢网减少了67%的残余位移。目视检查下,墙壁告诉一个反向的故事以外的位移。碳纤维增强塑料翻新墙上有一些剪切断裂分层而钢网只有小散裂的混凝土。尽管所有改造材料能够减少碎片的散射,很明显,碳纤维增强塑料和钢筋比钢铁更损坏网改造技术。钢网是因此得出最有效的改造技术。

哈米德和发布19]使用400×200×200毫米混凝土圬工单位构建2砌体墙1230毫米宽2100毫米高。墙被封闭在一个1.5 m×2.5 m钢框架和休息在一个钢筋混凝土基础梁。碳纤维增强塑料被选为改造材料。碳纤维增强塑料条应用于墙是50毫米宽,1.2 mm厚。碳纤维增强塑料在环氧树脂的墙壁采用3毫米的墙和2毫米环氧碳纤维增强塑料条。环氧双方彼此相连,然后允许治疗10天。加载应用两个平面外刃形加载由300 kN液压千斤顶。一堵墙是一个控制墙没有加固,另一个是钢筋和碳纤维增强塑料。碳纤维增强塑料墙失败无钢筋墙的荷载的1.25倍。碳纤维增强塑料的行为并无钢筋墙不同导致失败。 The unreinforced wall showed a nonlinear behavior in regard to a load-deflection curve while the CFRP reinforced wall did show a linear behavior up to failure. Likewise, the CFRP reinforced wall had 1/3 of the deformation at the point of failure compared with the control wall. The unreinforced wall failed suddenly and was classified as a total collapse failure. The sudden collapse of the unreinforced wall could have been because of the crushing of the masonry units, a shear failure, or both but could not be pinpointed by Hamed and Rabinovitch [19]。同样,失败的原因钢筋墙也难以确定。哈米德和发布19)给了两个可能的原因:脱胶自由边的碳纤维增强塑料和剪切破坏的圬工单位。虽然碳纤维增强塑料的确增加了墙的强度,哈米德和发布19)指出,在其他文学的增幅小于,最有可能因为更现实的支持条件。

3.2。聚脲

戴维森et al。8]21个不同的聚合物,其中包括七个热塑性表来判断,一个刷上聚合物,13喷涂聚合物。所有的材料,纯聚脲喷涂材料选择为他们的强度、成本、刚度、延性和抗火。第一个测试有三个砌体墙,其中两个已经聚脲仅适用于室内的一面墙上,和其他聚脲应用于双方。电荷的大小并不是报道由于敏感性的话题。当治疗墙壁无钢筋相比,他们控制,所有的改进的墙壁似乎能降低碎片率。指出,这是最有可能由于聚脲吸收应变能的能力,结合周围的结构,和债券墙本身。这些测试还表明,墙壁的机制失败是受支持的条件下,峰值压力,和持续时间。

戴维森et al。(9]随访研究解决遇到的并发症在前面的测试。12墙不同维度在2.4米- 3.7米×2.3米——4.9米受到爆炸载荷。测试设置如图3。类似于戴维森et al。(8)研究中,聚脲系统增加墙的抗爆炸加载但有些聚脲的墙壁上的特定行为机制被发现:(1)应力波旅行在墙上和断裂引起的,(2)爆炸的直接影响负载引起的一些直接断裂,(3)撕裂的聚脲涂层发生附近的支持,(4)墙的正面遭遇骨折由于弯曲,(5)聚脲强化扯下弯曲,和(6)系统崩溃时,聚脲撕裂或失去了外部结构胶粘剂属性。个人砌体块被放置在不同的距离和受到相同的爆炸。值得注意的是,大约61厘米的距离变化量引起显著的改变块的能力抵抗爆炸。

Johnson et al。20.)进行了一项研究涉及两组砌体墙在评估。第一组全面墙壁使用三种不同的改造技术,所有的聚脲用作强化的一部分。第一个使用喷涂聚脲与芳纶织物相结合,第二个用抹子单独聚脲,第三用抹子聚脲作为热塑性胶粘剂的电影。只有动态测试是进行全面的墙壁。另一组墙是按比例缩小了四分之一,七种不同类型的改造系统应用。这组墙是评估使用了静态和动态测试。七种类型,使用喷涂聚脲作为主要的改造技术,一个用泥刀聚脲与芳纶织物附加钢筋,三个使用喷涂聚脲结合芳纶面料,和其他两个不使用聚脲。Johnson et al。20.从测试)有一些主要结论。首先,静态负载测试相似的动态结果1/4比例砌体墙。同时,1/4比例砌体墙进行类似于全面墙壁,这意味着使用了砌体墙来判断的有效性全面墙是可以接受的。每一种类型的改造技术似乎减少碎片在加载。无钢筋改造系统增加最终弯曲阻力相比nonretrofitted墙壁的1.9到4.0倍,而芳纶增强系统增加了最终弯曲阻力的5.5到7.5倍。这意味着使用聚脲结合芳纶织物是最有效的改造技术的极限弯曲阻力。

Baylot et al。14也使用喷涂聚脲1/4-scale测试。聚脲是应用于室内的砌体墙的厚度3.2毫米。如前所述,墙壁受到不同大小和距离的电荷为了得到所需的水平的峰值压力和冲动。聚脲是成功地让大部分的碎片(解释为分裂)的结构在爆炸事件。因此,聚脲被认为是一个成功的改造技术,因为它减少了砌体墙背后的风险。

Irshidat et al。10三个不同的聚脲混合相比)。一个非强化标准聚脲,一个是钢筋与剥落石墨烯nanoplatelets (XGnP),另一个是钢筋与多面体低聚物的silsesquioxane(改性)。测试使用缩小砌体块大小的54×57×115毫米。柏林墙是高和12个街区长16块。美国陆军工程研究和开发中心的爆炸模拟器被用来执行动态测试在每个墙的类型。无筋聚脲壁经历了一次拉伸断裂的冲击波峰值压力208.22 kPa。XGnp-reinforced墙上有一个初级水平裂缝形成224.91 kPa的峰值压力。墙上的裂缝造成的分裂成两块,崩溃。彼得·辛格翻新壁剪切损伤和水平裂缝的峰值218.91 kPa的压力。结论主要基于isodamage pressure-impulse曲线,包含所有的测试。 Although Irshidat et al. [10)特别指出,XGnp-reinforced墙的改造系统有效地降低爆炸的碎片和彼得翻新墙可以看到没有碎片(图4),Irshidat et al。10)得出结论说,分裂并没有解决。这是最有可能的,因为爆炸模拟器,像静态或其他测试,不会导致相同数量的碎片影响作为一个真正的爆炸。

王等人。126日)进行了爆炸测试墙,4是构造出24×11.5×5.3厘米粘土砖。另2构造出20×20×60厘米加气混凝土块。黏土墙是3.6米宽,2.8米高和混凝土墙2.4米宽,2.2米高。两个指标是用来测量峰值压力和脉冲由于墙上的爆炸。第一个表是放在墙上的中心,第二个是放置在距离墙宽度的五分之一远离第一计。的一些关键统计数据包括在表中2。请注意,每个测试破裂高度为1.4米,僵局是电荷和墙之间的距离。一般来说,聚脲翻新墙壁似乎执行比翻新的墙。王等人。12)认为,这是因为(a)初始开裂发生之前崩溃;(b)钢筋墙的冲击力是加气砖的18倍和4倍粘土砖;(c)面对墙壁没有骨折。钢筋之间的失效模式是不同的粘土砖墙和充气砌体墙。无钢筋泥砌筑墙的失败是因为分离的砖和迫击炮的联合。然而,在增强粘土砌体墙,垂直和斜裂缝最终传遍整个墙壁。

加气砌体墙失败由于灰缝分离低强度的砂浆砖在充气砌石墙的连接。骨折没有观察到正面的粘土砖砌体墙但充气砌体墙被发现。钢筋的墙两种观察成功包含爆炸的碎片。全面加强粘土砌体墙有4.5到11倍的稻瘟病抗性无钢筋粘土砌体墙。全面增强加气砌体墙已经15次曝气无筋砌体墙的抗爆炸。粘土砌体墙,钢筋或无筋,在抵御爆炸进行更好的整体比充气同行。

3.3。聚氨酯

诺克斯et al。21)执行测试在两个独立的聚氨酯和聚脲/聚氨酯混合。所有的聚合物的研究指出增加延性和减少墙碎片。在以后的研究中,使用纯聚脲,因为力量,易燃性,和成本4,21]。最近的研究尝试纯聚氨酯是Johnson et al。20.),聚氨酯薄膜应用于一个无筋砌体墙与磁带和环氧树脂系统。聚氨酯的墙的极限抗弯强度增加,但是它能够减少碎片不是聚集,因为它是不习惯在动态测试。

3.4。钢板

最近调查的钢板和无筋砌体是罕见的成本和由于指出挑战增加静负荷(9]。

3.5。泡沫铝

实验爆炸加载泡沫铝和无筋砌体是一种潜在的研究领域。

3.6。工程有粘结性的复合材料

Maalej et al。22)创建18粘土砖墙,脸1000×1000毫米和100毫米厚。实心粘土砖用于修建长城215×100×70毫米。墙是分为三个系列6墙。在系列1和2中,有两个控制无钢筋墙而系列3刚刚1无钢筋墙。每个系列包含一个使用以下配置钢筋墙:(a)一个单向34毫米厚工程胶结复合(ECC)层,(b)双面34毫米厚ECC层,(c)单向34毫米厚ECC与8毫米直径钢网层,和(d)双面34毫米厚ECC和8毫米直径钢网层。本研究中使用的ECC混杂纤维混合含有1.5%的高性能聚乙烯和0.5%的钢纤维。第一和第二系列的墙受到静态负载测试而第三受到低速冲击载荷测试。静态负载测试的区别在于第一个系列负载应用在一块100×100毫米的墙而第二个系列有一个780×780毫米分布式负载应用。静态测试表明,ECC改造技术,一般来说,能够增加墙的最终能力。系列1墙壁显示增加失败加载6.5和挠度增加容量的17.3相比基础墙。 Series 2 walls showed an increase in the failure loads by 6.5 and an increase in deflection capacity by 17.3 in comparison to the base wall. Under the impact loads, the damage level was assessed based on the average crater diameter, indentation depth, crack propagation, and fragmentation. Walls with steel mesh showed a decrease in crater size and indentation depth in comparison to walls without it. Likewise, double-sided walls also showed increased penetration resistance like their steel mesh counterparts. Maalej et al. concluded that this was because the ECC at the impact face was able to absorb a large amount of impact energy. The ECC strengthened masonry walls were concluded to be able to increase the masonry wall’s resistance to impact loads.

4所示。数值模拟

4.1。纤维增强聚合物

Ghaderi et al。24模拟,在有限元分析中,玻璃钢在垂直条1.5毫米厚,水平,和混合形成内部表面上砌体墙,一个爆炸加载模型。爆炸是由一个按比例缩小的距离参数,: 在哪里是距离的爆炸和应用是TNT的重量。摘要本研究按比例缩小的距离是独一无二的。墙上受到了距离参数为2.2米/公斤^1/3,1.8米/公斤^1/3和1.5米/公斤^1/3。随着墙之间的距离减少,更多的裂缝发生和更多的纤维成为脱离墙上。碎片没有明确解决Ghaderi等。;然而,它可以推断出从建模在实际领域碎片的可能性也会被减到最小。

Alsayed et al。16]在ANSYS-AUTODYN创建了一个有限元模型来表示他们的2.1米长,1.5米高的砌体墙钢筋混凝土框架包围。模型包含四个不同的拉格朗日部分:钢筋混凝土框架、钢筋混凝土基础,加密砌筑墙,GFRP表。钢筋混凝土框架、钢筋混凝土基础和加密砌筑墙都是建模为8-node六面体的元素在GFRP表4-node壳元素。周围的空气墙被建模为一个欧拉理想气体。炸弹使用Jones-Wilkins-Lee状态方程建模。爆炸建模是一个两步过程涉及一维径向分析爆炸紧随其后的是一个3 d分析用于判断爆炸对砌石墙的效果。1 d分析完成,直到达到反射表面。一维分析是在3 d模型贴图。Alsayed et al。16)设置模式后终止10毫秒,因为它被认为是足够的时间来调查爆炸的影响。五项测试,为每一个电荷的大小和距离是1.134公斤,4.8米,49.9公斤,4.8米,14.2公斤,2.0米,113.4公斤,4.0米,500公斤,4.0米,分别。使用的有限元模型验证通过比较有限元分析ConWep值和实验结果的研究。Alsayed et al。16]发现爆炸的到达时间,事件峰值,峰值反映超三之间的匹配,得出的数值解是一种有效的方式来分析FRP-strengthened墙和unstrengthened墙壁。

陈LS-DYNA是受雇于et al。18)上执行结构分析MU15 P型多孔砖墙。碳纤维增强塑料、钢网和钢筋进行评估数值来判断他们尽可能的砌体墙的改造和维修技术。砌筑砂浆和建模为8-node固体元素。模型的钢网改造技术,两节点Hughes-Liu梁元素2×2高斯求积集成使用。钢筋和碳纤维增强塑料表示为22.5×22.5毫米3 d壳元素。在材料模型参数方面,陈et al。18]使用Mat_72Rel3由三个失败的表面:初始屈服面,最大屈服面和屈服面残留。钢铁和玻璃钢模型,分别使用材料模型24和54。环氧胶粘剂的建模是捕获关键LS-DYNA实验证实失效模式,这是玻璃钢的分层砌筑墙表。陈等人。18)使用自动地对地抢七模型砌石墙的接触和环氧玻璃钢。墙壁上也被建模为一个混凝土板的实验测试。锚压低了墙上的建模使用绑定失败节点集使用表面接触抢七节点的选择。数值结果发现类似于实验结果由陈et al。18]。钢筋和碳纤维增强塑料几乎完全从墙上剥落,但碳纤维增强塑料进行更好的通过更少的碎片。钢网改造墙能够防止所有的严重损害。损坏的主要形式的钢网的墙壁上的散裂砂浆。

哈米德和发布25)提出了一个理论数值模型正确描述FRP-strengthened砌体墙的行为受到平面外负载。许多方程和条件提出了描述的一些行为条件的砌体墙,包括焊接条件和平衡方程。使用的数学描述,提出了一种循序渐进的过程,找到一个解决方案关于砌体墙的刚度。首先,初步猜测是;在这种情况下,关节砂浆砌筑墙的假定为无裂缝的。第二,使用刚性派生在最初想以允许控制方程的求解,分析结构的执行。一旦执行结构的分析,分析砂浆关节表现如下:找到应变分布与第二步的解决方案,活跃的区域的深度了关节,然后每个关节的刚度。最后,步骤是重复,直到原始刚度和刚度计算之间的区别是相当小的。数值模型被用来比较的分布内力和挠度之间的无筋砌体墙和一个建模与FRP条带。FRP条带明显已经联合边缘附近的剪切和拉伸应力的浓度。 Hamed and Rabinovitch [25)指出,与此同时剥离失效机制在其他论文的实验研究。同样,哈米德和发布25)表示,硬玻璃钢倾向于增加平面外变形,内部剪力和轴力的砌体墙和FRP条带的数值研究。

哈米德和发布19)调整以前的数学模型(哈米德和发布25)正确地描述材料的非线性行为进行水平加载失败。六个致命失效机制的加强砌体墙进行数值分析。他们如下:破碎的圬工单位,圬工单位的剪切破坏,复合材料的断裂,加强系统的脱胶,滑动/剪切臼关节,和破碎的砂浆关节。模型遵循相同的步骤哈米德和发布25]:一个初始猜测关于结构的刚度,结构的分析,分析关节的刚度,然后收敛的初始刚度匹配计算刚性关节。模型的分析结果相当好同意进行实验测试,表明控制墙的承载力是大约25%不到的碳纤维增强塑料筋墙的负载能力。从这个意义上说,实验模型验证分析模型在某种程度上,哈米德和发布19)正常使用非线性模型来描述灰缝的行为及其接口。

4.2。聚脲

Ghaderi et al。24),通过有限元分析,模拟测试了聚脲的范围从5到15毫米厚度应用于墙的两边,在距离0.9米/公斤^1/3。聚脲当时测试的厚度15毫米当应用于墙的一边。脉冲率聚脲应用于室内侧墙的两边是859%,聚脲应用是1623%。意味着每个墙的最大脉冲分别为8.59和16.23倍,分别比无筋墙。聚脲的结论是一个有效的改造技术,具有较高的性能,并有效地减少碎片。双面碳FRP玻璃钢脉冲比例最高为465%。因此,聚脲表现得甚至比最有效的FRP法对脉冲比例。

Aghdamy et al。11]也评估的有效性XGnP——POSS-reinforced聚脲在相同的墙壁Irshidat et al。10)使用。创建有限元模型比较物理和计算机测试结果,尽管它是在LS-DYNA。然而,XGnP-reinforced聚脲无筋聚脲相比更糟糕的执行根据Aghdamy et al。(11)分析,得出爆炸的阻力要小的POSS-reinforced聚脲和无筋聚脲。根据他们impulse-pressure图,Aghdamy et al。11)能够得出这样的结论:POSS-reinforced聚脲是最有效的聚脲测试在抵制高压力在短时间内,但在低压聚脲类型都是有效的,长时间的事件。

Irshidat et al。10)与ANSYS-AUTODYN还建立了一个有限元模型。有限元模型是相当准确的估计能力测试加载的影响对于碎片的速度,中点挠度,墙上的失效机制。在组合,测试表明,POSS-reinforced聚脲无筋聚脲值得注意的改进,而XGnP-reinforced聚脲显示没有改进的无筋聚脲。

随着物理测试,戴维森et al。8]LS-DYNA3D用来提高爆炸加载的行为的理解。有限元模型主要是同意的偏转和加速度计仪表砌体墙在加载。在一起,测试表明,薄薄的一层聚脲应用于墙的内表面显著降低碎片。聚脲有效连着砖石,这表明它是一个可行的改造材料。最后,得出结论,伸长能力比高刚度爆炸改造更重要材料。

4.3。泡沫铝

苏et al。23)进行了有限元分析在使用LS-DYNA泡沫铝。一系列的数值分析是完成了值(见(1无筋砌体墙)。泡沫铝是40毫米厚的分析和密度400 kg / m³。在米/公斤^1/3,无筋砌体墙被立即鼓风荷载,而墙钢筋与泡沫铝米/公斤^1/3似乎只有光损伤。泡沫铝的厚度在12毫米,然后测试24毫米米/公斤^1/3。结果表明:泡沫铝的厚度越大,在减轻爆炸越好。总的来说,分析表明泡沫铝为减轻爆炸是一个有前途的选择。

Aghdamy et al。11)也进行了有限元分析在使用LS-DYNA泡沫铝。Aghdamy et al。11建模不同厚度的泡沫层,13毫米,20毫米和25毫米,但密度不变,450公斤/米³。增加泡沫的厚度被发现有效的增加其抗爆炸载荷。泡沫铝是仿照两边13毫米厚度的无筋砌体墙两边的墙。从这个模型创建一个impulse-pressure图。从图,得出泡沫铝是一种有效的改造技术。改性聚脲也以同样的方式进行分析。它是适用于双方的墙的厚度4.5毫米。泡沫铝,彼得·辛格聚脲相比,是更有效的在准静态政权改性聚脲是更好地抵抗动态加载和冲动的政权。

苏et al。(23和Aghdamy et al。11)有限元分析表明,泡沫铝有潜力成为抵抗爆炸加载的新材料。这使得材料的理想的实验测试。

5。碎片减缓

没有明显的方法来确定碎片的数量超出主观观察和比较。Baylot et al。14]假设残骸碎片的速度可能是一个可行的措施但观测证明速度是一个贫穷的指标。国防部最低反恐标准建筑(3)开发了四个级别的保护占飞扬的瓦砾残片的评估标准;然而,这些级别的保护通常不使用,在各种报道,综述文章。无论如何,当飞扬的瓦砾残片是显而易见的,分配性能的最低水平。因此,碎片是一个二进制响应(它做或者不会发生),不考虑基于治疗量或减少。除了碎片,爆炸加载和距离不同水平的性能和与每个调查。因此,碎片缓解气候变化的努力必须依靠比较传导在各自的调查。

5.1。纤维增强聚合物

玻璃钢材料是应用最广泛的调查上的性能无筋砌体墙。展示了很好的成功的数值和实验调查爆炸事件在减少碎片的数量。玻璃钢是一种有效的方法减少碎片的数量。此外,玻璃钢可以增加剪力墙延性通过破产预防和改善结构完整性。

5.2。聚脲

戴维森et al。8)选择纯聚脲喷涂材料的21个不同聚合物强度的基础上,成本、刚度、延性和抗火。这和随后的调查人员,聚脲展出最承诺减轻碎片与比较优势在其他改造材料。

5.3。聚氨酯

聚氨酯是注意到有能力减少碎片以及聚脲和玻璃钢。诺克斯et al。21)执行测试在两个独立的聚氨酯和聚脲/聚氨酯混合这两种表现良好并成功地降低了墙的碎片。然而,聚氨酯的能力减少碎片没有最近评估。同样,使用的聚氨酯类型有可能改变其有效性。

5.4。钢板

钢板有独特的优势相对于其他知名的改造技术,高度控制,和可预见性。此外,建筑行业劳动者有安装钢现有知识的目的。钢韧性和密度提供出色的保护反对分裂和剥落的圬工由于爆炸加载。然而,由于死者负载的增加,它是最适合的单层建筑改造应用。

5.5。泡沫铝

泡沫铝还有待实验测试,但它显示了一个高潜力抵抗爆炸加载,限制了分裂,增加有限的静负荷结构。

5.6。工程有粘结性的复合材料

ECC受到低速(nonblast)载荷类型。ECC预计对分散性能好但尚未实验测试。这些复合材料显示的理想的品质承诺增加强度,耐久性,和能量色散改造无筋砌体。无论如何,这些材料可以提供二次砌筑等元素返回墙壁和内墙与爆炸载荷包含损坏的能力。

5.7。建议

为将来有关保护水平的调查分析发现在国防部最低反恐标准建筑(3)或类似的标准将提供更多的数据比较普遍。

6。结论

改造的技术爆炸保护无筋砌体墙如玻璃钢、聚脲、聚氨酯、钢板、铝泡沫已经被提出了。这些技术被调查在过去的15年里提高无筋砌体墙的强度和延性,减少碎片。然而,很难比较测试结果和方法由于没有公开设置标准爆炸的大小或距离的爆炸。一般的发现不同的改造材料包括以下:(1)玻璃钢和聚脲是两个最广泛研究改造技术由于其有效性,轻量级的、实用的应用程序,和成本。(2)碎片是一个关键指标的有效性13)的减排技术采用二进制响应飞扬的瓦砾残片或者没有飞扬的瓦砾残片。(3)伸长能力比高刚度更重要爆炸改造材料(8]。(4)实验测试结果表明,玻璃玻璃钢和无捻粗纱布有相似的效果6]。(5)聚脲直接有限元分析比较FRP改造技术改造技术表明,室内多面寡聚silsesquioxane聚脲改造有更高的脉冲比例859%相比,双面碳玻璃钢的464%24]。(6)泡沫铝在准静态测试更有效比多面体低聚物的silsesquioxane聚脲,虽然多面体低聚物的silsesquioxane聚脲是动态和更有效的脉冲测试(11]。(7)边界条件影响砌体墙的性能受到横向负载。模拟实际边界条件允许更精确的解释的改造技术的性能17]。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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