彈丸撞擊下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全計算與評估.pdf

1、鋼筋混凝土廣泛應用于國防和民用（如核電廠）工程中，研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在彈丸撞擊下的響應和破壞，對工程防護設計和安全評估具有重要的意義。本文的主要目的是預測鋼筋混凝土靶板在彈丸撞擊發(fā)生不同破壞模式時所需要的臨界能量，并對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)響應進行數(shù)值模擬。本文的研究內(nèi)容主要包含以下幾個方面:
　　基于彈丸侵徹力和鋼筋混凝土靶板沖擊實驗數(shù)據(jù)的基礎上，在統(tǒng)一框架內(nèi)修正了UMIST公式。修正的UMIST公式不僅能適用于平頭彈丸，而且適用于非平

2、頭彈（如尖頭彈、卵形彈和半球形彈等）;不僅能適用于低速撞擊，而且也適用于高速撞擊;不僅適用于低強度混凝土，而且也適用于高強度混凝土。結(jié)果證明修正的公式能在很廣的沖擊條件內(nèi)預測在彈丸撞擊下鋼筋混凝土靶板產(chǎn)生厚度方向開裂破壞、痂斑破壞和貫穿破壞。
　　對剛性平頭彈丸撞擊下半無限混凝土靶的深侵徹問題進行研究。通過對實驗現(xiàn)象的觀察，平頭彈丸在侵徹過程中會在彈丸前部產(chǎn)生一個“死區(qū)”。因此，作為一階近似可以將平頭彈丸侵徹半無限混凝土靶的問題看

3、成是錐形彈侵徹半無限混凝土靶的問題來處理。通過采用剛塑性不可壓縮的介質(zhì)模型，利用滑移線理論方法和虛功率原理，得到了混凝土介質(zhì)對平頭彈丸靜阻力部分;再加上由速度效應引起的動阻力，得到混凝土介質(zhì)對平頭彈丸的侵徹阻力。根據(jù)所求的混凝土介質(zhì)阻力，代入到彈丸的運動方程，得出彈丸的侵徹深度公式。該公式預測的彈丸侵徹深度與實驗數(shù)據(jù)吻合得較好。
　　對鋼筋混凝土板抗沖剪強度問題進行研究。由于現(xiàn)有的鋼筋混凝土板的抗沖剪強度公式中的失效面與真實的失效

4、面并不一致且公式本身并不是無量綱化的，因此現(xiàn)有的公式的適用范圍受到一定的限制。本文提出了一個預測鋼筋混凝土板在圓柱沖頭壓入荷載作用下發(fā)生沖剪破壞時剪切強度的經(jīng)驗方程，方程中考慮了鋼筋量、鋼筋間距和跨厚比的影響。通過與實驗數(shù)據(jù)比較，以及與現(xiàn)有的經(jīng)驗公式比較，可以看出本文提出的經(jīng)驗公式具有一定的優(yōu)越性。
　　基于實驗觀察和板厚與彈徑之比的不同，對鋼筋混凝土靶板在平頭彈丸低速撞擊下的厚度方向開裂破壞進行研究。鋼筋混凝土靶板受到平頭彈丸低

5、速沖擊時一般會發(fā)生兩種破壞模式，即直接厚度方向開裂破壞，彈丸無明顯的侵入;彈丸侵入一定深度后的厚度方向開裂破壞。本文首先建立了彈丸沖擊混凝土靶板的侵徹和厚度方向開裂二階段破壞半分析模型，其次利用本文提出的平頭彈丸侵徹混凝土靶板的分析模型得到的侵徹阻力和引入動態(tài)增強因子的鋼筋混凝土靶板的抗沖剪承載力，得到鋼筋混凝土靶板的兩種破壞模式的轉(zhuǎn)化條件（破壞模式圖）。模型預測與實驗數(shù)據(jù)吻合得較好
　　利用本實驗室新建立的混凝土動態(tài)本構(gòu)關(guān)系對鋼

6、筋混凝土結(jié)構(gòu)在彈丸撞擊下的響應和破壞進行數(shù)值模擬。該混凝土動態(tài)本構(gòu)模型考慮了壓力相關(guān)性、應變率效應、Lode角效應、剪切損傷效應和拉伸損傷效應，通過對平頭彈丸撞擊下的鋼筋混凝土靶板響應的數(shù)值模擬，得到的鋼筋混凝土靶板的破壞形貌與實驗觀察非常相近，結(jié)果令人滿意。同時，利用該混凝土動態(tài)本構(gòu)模型對鋼筋混凝土板的厚度、鋼筋間距和尺寸進行數(shù)值模擬研究，得出各因素對鋼筋混凝土靶板受到平頭彈丸撞擊下發(fā)生的破壞模式的影響。由于核電廠中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主