文摘

爆炸结构设计已成为一个必要组成部分的设计增加了恐怖袭击。恐怖袭击并不是一个对爆炸加载进行结构重要等爆炸也高气体爆炸结构安全的重要地位。本研究的主要目的是验证结构性能水平的影响下不同的爆炸加载场景。爆炸载荷是由使用三角脉冲单自由度系统。爆炸载荷的影响腐蚀和未腐蚀的钢筋混凝土建筑是检查不同的爆炸距离。改进塑性铰属性被用来确保腐蚀的影响。结果表明,爆炸距离和混凝土强度是关键参数定义的性能结构对爆炸加载。

1。介绍

大部分的设计规范考虑地震,风,雨,雪荷载。时爆炸加载不同的地方在工程与其他负载。甚至爆炸的基本面和抗震设计取决于动态行为和能量耗散的方法;爆炸的设计和结构对爆炸载荷的反应非常不同于其他知名的负载。不像地震和风荷载,爆炸加载持续时间较短,一般在几毫秒内(女士)。随着恐怖袭击军事建筑,爆炸设计一直流行开发新设计准则。从军事建筑,爆炸为住宅设计已开始采用抵抗气体爆炸在巨大而封闭的地区。因此,第一个爆炸设计代码开发了联邦应急管理局427 (1]。2003年3月20日,美国攻击伊拉克。超过4000美国士兵死于战争。大多数死亡发生的自杀式卡车炸弹爆炸前的军事建筑。图1显示了一个典型的爆炸载荷对运河酒店在巴格达,伊拉克,2003年。建筑受到了严重的损害利用三硝基甲苯(TNT)在附近的爆炸距离。

如果爆炸距离相当接近,建筑墙壁不是由剪力墙设计,爆炸也会影响室内的建筑。这样的一个爆炸是由2007年在巴格达市中心两枚汽车炸弹袭击。59人死于爆炸。二十人的59位于建筑物的内部。一个大楼外爆炸,外信封(即。,wall, reinforced concrete members, and glass) is the critical line of defence that separates the people, operations, and contents inside the building from the air-blast effects outside the building [2]。不幸的是,大多数的建筑在伊拉克是不适合抵抗爆炸加载这可能拯救了人的建筑内。不仅钢筋混凝土建筑,而且桥梁、铁路和道路正在爆炸的风险。在主要桥梁在巴格达爆炸冲击波载荷引起的崩溃对整个桁架钢结构和混凝土沥青。在短期内的爆炸、钢筋的连接融合用混凝土压碎。释放势能与爆炸载荷时更有效的在钢结构与钢筋混凝土建筑物由于钢结构提供热能小电阻。在爆炸载荷导致钢结构融化,它具体到沙尘超过混凝土的屈服强度。此时不仅爆炸荷载的数量,而且表面波的压力混凝土和爆炸距离结构的一个重要的地方。当一个响应爆炸荷载的建筑被认为是自然周期结构的振动参数对于一个给定的爆炸是至关重要的。由钢和钢筋混凝土延性元素吸收大量的应变能(3]。爆炸的影响在钢筋混凝土和钢结构已被许多研究人员广泛研究。作者的知识,腐蚀与爆炸荷载对钢筋混凝土建筑物的影响还没有被研究。因此,在这项研究中,不同的爆炸加载场景进行未腐蚀的和锈蚀钢筋混凝土建筑物与腐蚀调查爆炸载荷的影响。性能水平下的钢筋混凝土建筑得到爆炸载荷的影响。爆炸波的影响表面的结构成员被模拟。

2。爆炸和载荷

爆炸可以被定义为一个快速创建阶段的压力突然释放的能量。这种能量提供了冲击波在不同的形状。一般产生的冲击波已经形成一种半球形远离爆炸地点如图2。

在这项研究中,静态超压峰值计算基于该模型开发的史密斯和海瑟林顿(4]: 在哪里是按比例缩小的距离(),它可以由以下公式计算。在(2)和表示距离爆炸(英尺)和TNT炸药重量(磅),分别为: 理想化pressure-time爆炸加载和历史对比测井,或侧面,反映pressure-time历史图所示3。在图3(一个),是环境压力,是积极峰值超压的旁边,是负峰值超压的旁边,是随时间变化的积极的超压,(t)是时变负超压,是反映超压峰值,是positive-phase-specific冲动(正相pressure-time历史)的集成,然后呢是negative-phase-specific冲动(负相pressure-time历史)的集成。

一波的速度()和最大压力计算基于提出的模型史密斯和海瑟林顿(4]。考虑 在哪里是前面的空气压力波,比热比,空气的密度。反射的压力,,然后计算由以下方程:

在这项研究中,四个不同的爆炸距离(即。,6 m, 12 m, 18 m, and 24 m) were defined with having the same amount of 150 kg TNT. The mass specific energy for TNT was equal to 4520 kJ/kg.

3所示。材料模型

为了执行爆炸加载与腐蚀效应相结合,混凝土和钢筋的应力应变关系是由用户定义的。在这项研究中,我们使用了模型与30多年由肯特和公园(5)混凝土的应力-应变关系模型。基本上,这个模型由肯特和公园(5)有两个片段。第一段(a - b),曲线达到最大应力水平等于0.002。达到最大应力后,两个不同的其他部分发生(c,罪犯)两条直线表明混凝土承压和非承压混凝土的不同行为。图4(一)显示了肯特和公园(5)钢筋混凝土的应力-应变关系模型部分。在这项研究中曼德的6)模型用于模拟钢筋的应力-应变关系。曼德(6)提出了一个模型,该模型可用于钢铁柔软和困难。模型包括线性弹性地区产量,elastic-perfect-plastic地区,应变硬化。曼德的模型(6)控制强度和延性,下行分支曲线的第一个分支曲线线性增加,直到屈服点,然后继续为常数。图4 (b)显示了模型提出的曼德(6为钢筋的应力应变关系。

钢铁和水泥类被选为S420 (420 MPa)和C40 (40 MPa)。混凝土的弹性模量(MPa)根据500年土耳其标准计算7),钢的弹性模量()为200000 MPa。腐蚀速率为0.40一个/厘米²被认为是用于分析。的腐蚀速率转换为毫米/年μ一个/厘米²考虑到1μ一个/厘米²等于0.0116毫米/年。(即三个主要影响。,loss in cross-sectional area of reinforcement bars, reduction in concrete strength, and bond-slip relationships) of corrosion were taken into account. Reduction in concrete strength was calculated based on the model developed by Yalciner et al. [8]。模型由Yalciner et al。8)提供了减少混凝土强度的计算腐蚀速率的函数或质量损失。腐蚀生锈的体积一般是2到4倍的体积原始强化(9]。多孔区钢筋周围充斥着这种腐蚀产品,导致内部压力对周围混凝土。由于体积膨胀混凝土,混凝土强度降低腐蚀速率的函数时由于宽度增加。模型由Yalciner et al。8)计算宽度的增加结构成员由于腐蚀了 在(5),由腐蚀开裂宽度增加,部分宽度的原始状态,是顶层的酒吧的数量(压缩酒吧),()是腐蚀产物形成的厚度,混凝土的泊松比,混凝土的抗拉强度,混凝土的有效弹性模量,钢筋的直径,是环形混凝土层的厚度毛孔,是厚壁圆筒的外半径(),年代钢筋间距,和边界条件是李等人提出的。10]。一旦腐蚀速率,降低混凝土强度可以通过使用模型预测由Yalciner et al。8]。Yalciner et al。11)在另一项研究中也建立了一个腐蚀模型来预测未腐蚀的极限粘结强度和腐蚀钢筋的函数三种不同的混凝土保护层深度和两种不同混凝土强度等级对不同腐蚀等级通过加速腐蚀方法和拉拔力测试执行。在这项研究中计算的极限粘结强度未腐蚀的结构成员,由Yalciner开发模型等。11)是利用给定的(6)。在(6),混凝土抗压强度,混凝土保护层厚度,钢筋的直径:

为了计算和预测腐蚀的极限粘结强度结构成员,下面的模型由Yalciner et al。11使用了)。在(7)开发了粘结强度模型Yalciner et al。11)认为的极限腐蚀水平提升部门当盖直径比率相等,大于两个。考虑 计算债券的优势结构元件被用来预测钢筋的滑移。这样做一个著名的滑动模型由Alsiwat和Saatcioglu [12使用了)。在模型中由Alsiwat和Saatcioglu [12),开发长度分为四个区域,基于的状态(即钢应力-应变关系。,一个弹性区域,收益率高原,应变硬化区,拔拉锥地区)。Alsiwat和Saatcioglu12)建议thatonce延长钢筋计算滑动旋转可以通过使用moment-curvature关系给出的计算 在哪里是部分的深度,c评估部分的中性轴,是一个酒吧的扩展。降低混凝土强度计算(见(5),在横截面积损失,预测键的强度(见(6)和(7)),滑动旋转(见(8)被用来修改moment-curvature定义结构成员的关系。

4所示。分析和结果

计算moment-curvature关系被用来定义force-deformation关系。Force-deformation行为定义为使用标准描述了联邦应急管理局- 356 (13]。图5显示force-deformation关系定义塑性铰的行为由联邦应急管理局- 356 (13]。在图5标签A, B, C, D定义force-deformation行为由联邦应急管理局- 356[详细解释13]。

塑料铰链的长度(根据公园和集集大()计算14), 在哪里是相关的部分元素的深度。正如前面提到的,四个不同的爆炸距离(即。6米、12米,18米,24米)定义的。为此,钢筋混凝土建筑是模仿。爆炸效应,结合腐蚀损伤的结果建立了剪力墙设计如图6。

第一次爆炸是用爆炸距离6米,继续与其他距离。结果清楚地表明,爆炸效果的损伤钢筋混凝土建筑的阻力比钢筋混凝土重要得多。在这一点上,钢筋对混凝土腐蚀的作用。如果钢筋腐蚀,增加裂缝的混凝土腐蚀速率的函数增加爆炸荷载的影响造成的。第一次爆炸后,能量贡献的结果动能+应变,阻尼,滞回能量以及总能量图所示7。在图7滞回能量是造成结构性损伤的迹象爆炸加载的应用程序。

如图7(一)爆炸,造成结构性损伤的应用负载时不与腐蚀混凝土剪力墙由于裂缝宽度由腐蚀引起的。TNT爆炸的结果为18 m和24 m和未腐蚀的腐蚀病例数据8和9,分别。

在图8预计,与爆炸距离增加,破坏结构减少了。此外,滞回能量的贡献比例的总能量是腐蚀剪力墙高。记录相对滞后的能量比例未腐蚀的腐蚀混凝土构件分别为3.42%和7.00%,分别。这些百分比减少到零百分比增加爆炸距离24 m在同期的0.15毫秒(见图9)。结构性破坏造成爆炸载荷在0.2毫秒的应用和未腐蚀的腐蚀混凝土构件是1.5%和2.38%,分别。当两个不同的爆炸距离比较,记录24.23%的相对比例的滞回能量减少到零百分比与爆炸距离6米增加到24 m在0.10毫秒。

5。结论

爆炸载荷对腐蚀的影响和未腐蚀的钢筋混凝土建筑为不同的爆炸距离进行了研究。结果清楚地表明,结构性破坏减少了爆炸距离增加取决于数量的TNT在当前研究中使用。爆炸加载和执行结果表明腐蚀效应没有发挥重要作用的贡献百分比滞回能量的总能量,减少钢筋的截面积。由于腐蚀混凝土裂缝宽度的增加起到了重要作用腐蚀结构的成员。钢筋截面积的减少直接导致钢筋过早产生。因此,很少的能量吸收已经失去了在爆炸载荷。自产量和混凝土的抗压强度是至关重要的参数,由于腐蚀钢筋的滑移对爆炸载荷非常接近爆炸距离以毫秒不影响结构的性能。相信这里描述的方法将是一个指导方针进行进一步的调查研究和小说。因此,屈曲问题,尤其是不规则的建筑物在爆炸载荷的影响需要进一步的研究。教训恐怖事件在最近的过去可以指导我们在设计和建筑的风险评估考虑爆炸加载的脆弱性。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。