粘鋼技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域有其特有的優(yōu)點(diǎn)，將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于人防工程的平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換具有較好的應(yīng)用前景，為探求粘鋼接頭結(jié)構(gòu)在爆炸沖擊波荷載下的響應(yīng)機(jī)理，在核爆炸壓力模擬器中進(jìn)行了粘鋼接頭結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了粘鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)爆炸荷載下的安全性，并分析和總結(jié)了爆炸荷載作用下粘鋼接頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特征。

    粘鋼技術(shù)在我國(guó)工民建領(lǐng)域中用于加固結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，已有20多年歷史，并因其具有快速、高強(qiáng)、占建筑空間少喝施工方便等顯著特點(diǎn)而被廣泛采用，這類(lèi)技術(shù)如能應(yīng)用于城市地下空間工程，尤其是普通大樓地下室的平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換，則會(huì)對(duì)我國(guó)貫徹結(jié)合城市發(fā)展建設(shè)人防工程的方針起到積極的作用，但國(guó)內(nèi)外有關(guān)爆炸荷載作用下粘鋼加固構(gòu)件及接頭結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度特征性和承載機(jī)理等的相關(guān)研究甚少，制約了該項(xiàng)技術(shù)在人防工程中平戰(zhàn)功能轉(zhuǎn)換等方面的應(yīng)用。

1試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶匆欢ㄏ嗨票饶M上海市某地下車(chē)庫(kù)口部封堵門(mén)，承載接頭結(jié)構(gòu)由一塊水平鋼板好兩塊豎向支座鋼板組成，通過(guò)結(jié)構(gòu)膠合混凝土墻粘接，其中，水平鋼板長(zhǎng)0.8m，寬0.3m，厚10mm；豎向支承鋼板均長(zhǎng)0.8m，高0.18m，厚10mm；混凝土墻均長(zhǎng)0.8m，高0.8m，厚0.1m，結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)厚度為0.3cm。

1．  混凝土：標(biāo)號(hào)C30密度ρ_p=2650kg/m³，彈性模量E_p=3.00×104MPa，泊松比υ_p=0.2,立方體抗壓強(qiáng)度為34.5MPa?；炷翂w內(nèi)布設(shè)有雙層雙向Ф6@100鋼筋。

2．  鋼板：型號(hào)Q235，密度ρ_p=7850 kg/m³，彈性模量E_s=206GPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f_y=215MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=125MPa。

3．  粘結(jié)劑：采用虎威牌THG-N型粘鋼建筑結(jié)構(gòu)膠，抗拉強(qiáng)度≥33MPa，抗拉強(qiáng)度≥18MPa。

試驗(yàn)在核爆炸壓力模擬器中進(jìn)行，其主要結(jié)合參數(shù)及性能指標(biāo)可參考文獻(xiàn)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ头湃肽１髦泻?，周?chē)眉?xì)黃沙充填，以固定模型，同時(shí)防止沖擊波進(jìn)入模型內(nèi)部產(chǎn)生反射與透射，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)中所用量測(cè)元件包括：空壓傳感器，應(yīng)變計(jì)和位移計(jì)，其中，空壓傳感器通道數(shù)2個(gè)，應(yīng)變計(jì)通道數(shù)18個(gè)，位移計(jì)通道數(shù)4個(gè)，總計(jì)24個(gè)數(shù)據(jù)通道。

2試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果分析

2.1試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)爆炸荷載分別按六級(jí)和五級(jí)人防設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)超壓峰值0.15MPa和0.3MPa，其中，完成值0.3MPa爆炸沖擊波試驗(yàn)兩次。

2.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

1.模型結(jié)構(gòu)的安全性

每次試驗(yàn)結(jié)束后都對(duì)模型的工作狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)。超壓峰值0.15MPa爆炸試驗(yàn)結(jié)束后，結(jié)構(gòu)模型未見(jiàn)有任何損傷。可見(jiàn)粘鋼接頭結(jié)構(gòu)在此爆炸荷載作用喜愛(ài)可安全使用，超壓峰值0.3MPa第二次爆炸試驗(yàn)結(jié)束后，模型結(jié)構(gòu)混凝土沿粘結(jié)膠界面出現(xiàn)一條長(zhǎng)約30cm的細(xì)裂縫，表面經(jīng)鑿毛后檢測(cè)，未見(jiàn)裂縫沿深度方向發(fā)展，可見(jiàn)這種接頭結(jié)構(gòu)在此爆炸荷載下也可安全使用。

2．封堵板位移響應(yīng)特征

超壓峰值0.15MPa爆炸荷載作用下，空壓傳感器所測(cè)應(yīng)力峰值發(fā)生在0.4243_s,封堵板正中位移計(jì)最大位移發(fā)生在0.4285_s，最大位移值1.4122mm；超壓峰值0.3MPa爆炸荷載第一次試驗(yàn)中，空壓傳感器所測(cè)應(yīng)力峰值發(fā)生zia0.4154s,封堵板正中位移計(jì)量大位移發(fā)生在0.4188s，最大位移值4.3669mm；第二次超壓峰值0.3MPa爆炸荷載試驗(yàn)中，空壓傳感器所測(cè)應(yīng)力峰值發(fā)生在0.2946s，封堵板正中位移計(jì)最大位移發(fā)生在0.2989s，最大位移值2.6385mm。

三次試驗(yàn)中，均是封堵鋼板正中位移響應(yīng)最大，最大位移值達(dá)4.3669mm，且達(dá)到位移最大值時(shí)間晚于超壓峰值時(shí)間。超壓峰值0.3MPa爆炸荷載下第二次試驗(yàn)比第一次試驗(yàn)的實(shí)測(cè)超壓峰值略高，且超壓作用時(shí)間較長(zhǎng)，但封堵板各測(cè)點(diǎn)位移響應(yīng)反而較小，表明封堵板位移響應(yīng)同超壓峰值和超壓作用時(shí)間均有關(guān)，且超壓作用時(shí)間的影響更為顯著。

3.豎向鋼板反應(yīng)響應(yīng)特征

超壓峰值0.15MPa爆炸荷載作用下豎向鋼板不同位置各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變時(shí)程曲線(xiàn)。

距豎向鋼板上端15mm、18mm處，測(cè)點(diǎn)應(yīng)變讀數(shù)顯示鋼板受拉應(yīng)力作用，且離上端越近峰值越大，峰值后應(yīng)變衰減也越快；距豎向鋼板上端30mm、45mm處測(cè)點(diǎn)顯示受壓應(yīng)力作用，且應(yīng)變?cè)诜逯岛笏p較快，距豎向鋼板上端70mm、100mm、110mm處測(cè)點(diǎn)應(yīng)變均較小，且?guī)缀觞c(diǎn)初始應(yīng)變?cè)诹阒蹈浇▌?dòng)，而后在以上各測(cè)點(diǎn)達(dá)應(yīng)變峰值后0.03s才突增至50με左右，達(dá)到應(yīng)變峰值時(shí)間較晚且衰減較慢，從而表明在超壓峰值值0.15MPa爆炸荷載作用下，粘鋼接頭結(jié)構(gòu)中豎向鋼板上端長(zhǎng)約18mm段受拉應(yīng)力作用，約30～48mm段受壓應(yīng)力作用，約70～110mm段所受的應(yīng)力很小，下端163mm處豎向鋼板起初不受應(yīng)力作用，但在其上端各測(cè)點(diǎn)達(dá)應(yīng)變峰值后約0.03s因能量傳播和變形協(xié)調(diào)而產(chǎn)生較小拉應(yīng)力。

此外i，外加爆炸荷載達(dá)到超壓峰值的時(shí)間為0.4243s各測(cè)點(diǎn)到達(dá)應(yīng)變峰值時(shí)間卻為0.4239s，后者先于前者，此時(shí)各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變峰值與位置關(guān)系。研究表面沿豎向鋼板測(cè)點(diǎn)應(yīng)變最大值與測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系符合如下指數(shù)函數(shù)：

y=a.e^bx+c.e^dx

3結(jié)論

1.     在超壓峰值為0.15MPa的爆炸沖擊波荷載作用下試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用的粘鋼結(jié)頭結(jié)構(gòu)未見(jiàn)損傷，可安全使用，在超壓峰值為0.3MPa的爆炸沖擊波荷載作用下，結(jié)構(gòu)模型沿混凝土-粘鋼膠界面處產(chǎn)生一條長(zhǎng)約30cm的細(xì)裂縫，經(jīng)表面鑿毛檢測(cè)，未見(jiàn)裂縫沿深度方向發(fā)展，故亦可安全使用。

2.     封堵板位移同時(shí)受到爆炸荷載的超壓峰值和超壓作用時(shí)間的影響，且超壓作用時(shí)間對(duì)封堵板位移的影響更為顯著，超壓峰值越大、作用時(shí)間越短，封堵板產(chǎn)生位移較大。

3.     模型結(jié)構(gòu)中封堵板位移最大值在外加爆炸沖擊波荷載超壓峰值之后產(chǎn)生，而豎向鋼板應(yīng)變峰值卻在超壓峰值之前達(dá)到。

4.     豎豎向鋼板的應(yīng)力狀態(tài)不單一，且沿豎向鋼板頂端向下發(fā)展分別為拉應(yīng)力，壓實(shí)力、無(wú)應(yīng)力和拉應(yīng)力區(qū)。豎向鋼板上端應(yīng)力較集中，下端因能量傳遞和變形協(xié)調(diào)而受衰減滯后的拉應(yīng)力作用。

5.     爆炸荷載作用下，豎向鋼板產(chǎn)生的應(yīng)變峰值與幾何位置有關(guān)，離豎向鋼板端部越近，應(yīng)變峰值越大，且峰值后應(yīng)變衰減越快；應(yīng)變峰值與幾何位置之間存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系，用y=a.e^bx+c.e^dx的指數(shù)函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，效果較好。

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