《爆炸和火災下活性粉末混凝土板受力性能與破壞模式》是依託哈爾濱工業大學，由侯曉萌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：爆炸和火災下活性粉末混凝土板受力性能與破壞模式
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：侯曉萌
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
活性粉末混凝土（RPC）變形、阻裂能力強，在抗爆、防恐等領域有較好套用前景。爆炸和火災下RPC結構安全性急劇降低；RPC強度、緻密性高，火災下易爆裂，溫度-荷載路徑對RPC的本構關係有顯著影響。針對上述問題，通過RPC200恆溫載入和恆載升溫試驗，獲得自由膨脹、瞬態熱應變和高溫徐變，將火災下變形、溫度-荷載路徑分解，建立RPC溫度-應力本構關係，揭示滲透性、含水量、應力水平等對火災下RPC爆裂的影響規律，提出防爆裂措施。通過分離式霍普金森壓桿試驗，獲得RPC的動態壓縮強度和動態增長因子，建立RPC動態應力-應變關係。引入Lagrange型算法與相應數值模型，考慮爆炸對板的損傷作用，實現爆炸和火災下鋼筋RPC板災變行為的數值模擬，研究爆炸荷載形式與位置、配筋率、板厚度、荷載水平、跨高比對板承載力、變形、截面應力的影響規律，研究板的破壞模式，為提高火災和爆炸下RPC板的安全性提供參考。
結題摘要
活性粉末混凝土（RPC）具有超高強度和韌性，套用前景廣闊。高應變率下其動態拉壓性能尚不清晰；火災或爆炸下RPC板力學性能尚未見報導，為此， 開展以下工作。 （1）完成了152個RPC動態壓、拉SHPB衝擊試驗，結果表明：應變率為100~260s-1時，素RPC受壓動力增長係數（DIF）在1.00~2.38之間；復摻、單摻2%鋼纖維RPC受壓DIF在1.15~2.39之間；摻5%鋼纖維RPC受壓DIF在1.07~1.73之間。建立了RPC動態抗壓應力-應變關係計算模型；提出了復摻纖維RPC動態抗拉、抗壓DIF-應變率計算公式。 （2）實現了RPC板動態回響的數值模擬，驗證了數值模擬的正確性。結果表明：考慮應變率效應時，RPC板跨中位移顯著減小。隨爆炸作用折合距離增大、板厚增加、RPC強度提高、板縱筋配筋率增加，活性粉末混凝土板底中心點峰值位移減小。增加板厚，提高支座約束能力是提高板抗爆性能的有效方法。 （3）提出了將RPC填充於鋼抗爆門空腔，以增強其抗爆能力的方法。實現了鋼板-RPC抗爆門動態回響有限元分析。結果表明：鋼板-RPC抗爆門抗爆能力優於鋼抗爆門和鋼板-混凝土抗爆門；增加鋼板內肋數量、增大門扇鋼板厚度能夠顯著減小抗爆門門扇中心位移；鋼板內肋厚度、RPC強度對抗爆門的動態回響影響相對較小。 （4）火災時不爆裂、火災下不坍塌、火災後可修復，是混凝土結構抗火設計所應遵循的原則。獲得了爆裂臨界溫度與混凝土標準立方體抗壓強度（23MPa~238MPa）的關係曲線，發現混凝土抗壓強度越高，爆裂臨界溫度越低。提出了防爆裂PP纖維摻量、鋼纖維摻量與混凝土抗壓強度的關係曲線。 （5）完成了鋼筋RPC簡支梁抗火性能的數值分析，建立了耐火極限計算公式。結果表明：高寬比、配筋率、保護層厚度、荷載水平對鋼筋RPC簡支梁的耐火極限影響顯著，跨高比對鋼筋RPC簡支梁的耐火極限的影響較小。 （6）實現了爆炸和火災下RPC板受力性能數值模擬。結果表明，與不考慮火災影響相比，爆炸和火災下RPC板的固有頻率降低，動態位移顯著增加。 （7）4名碩士生結合本項目開展學位論文工作（已畢業3人）。撰寫論文13篇，其中SCI收錄3篇，EI源3篇，ISTP收錄1篇，獲國家發明專利1項，合作獲2014年國家科技進步二等獎和2013年黑龍江省科技進步一等獎。
