[发明专利]一种高层RC框架结构的缩尺模型设计方法

说明书

本发明提供了高层RC框架结构的缩尺模型设计方法，用于预测高层RC框架结构在远场爆炸毁伤效果；采用相似理论，建立在远场爆炸荷载作用下的高层RC框架结构相似模型，从而用于判断原型的毁伤效应。在远场爆炸荷载作用下高层RC框架结构的毁伤研究这类破坏性试验时，引入模型试验将会降低实验成本、易于开展、可行性高等优点。

技术领域

本发明属于土木工程结构工程爆炸领域，特别是涉及一种高层RC框架结构的缩尺模型设计方法，用于预测高层RC框架结构在远场爆炸毁伤效果。

背景技术

随着人类社会的不断发展，对高层建筑的要求朝着体积更大、更高、造型更新的方向发展，从而各种新型的高层建筑结构体系孕育而生。而近几年来有大量的爆炸事故发生且对高层建筑造成了严重的毁伤，学者们纷纷展开了对结构在爆炸荷载作用的损伤机理的研究，但是迫于结构原型尺寸巨大，大多学者展开了结构构件和单、多层结构在近场爆炸作用下的研究，对高层结构在远场爆炸下的毁伤影响的研究相对甚少。本专利讲述了一种关于高层RC框架结构在远场爆炸荷载作用下的缩尺模型，用于预测高层RC框架结构原型的毁伤机理。

高层RC框架结构原型具有尺寸大、造价高、耗时长等缺点，难以开展原尺寸的试验研究，此时建立高层RC(钢筋混凝土Reinforce Concrete)框架结构的缩尺模型便显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种高层RC框架结构的缩尺模型设计方法，用于预测高层RC框架结构在远场爆炸毁伤效果。本发明采用相似理论，建立在远场爆炸荷载作用下的高层RC框架结构相似模型，从而用于判断原型的毁伤效应。

该缩尺模型的设计方法具有包括以下步骤：

步骤1，在对高层RC框架结构原型建立在远场爆炸荷载作用下的缩尺模型之前，分析远场爆炸作用机理，简化高层RC框架结构：

炸药在空气中爆炸能使周围目标产生不同程度的破坏和损伤。空中爆炸的破坏作用不仅与当量有关，还与目标与爆心距有关。当目标离爆心的距离小于(10～15)r₀(r₀为装药半径)时，目标受到爆轰产物和冲击波的同时作用；当目标离爆心的距离超过(10～15)r₀时，目标只受到空气冲击波的破坏作用。因此在分析爆炸的破坏作用时，应考虑到距离因素。

考虑在远场大当量爆炸作用下高层RC框架结构的毁伤效应属于远距离爆炸，主要考虑冲击波对结构的影响。对于在远场爆炸作用下，结构构件迎爆面处将会受到横向最大的爆炸冲击波，迎爆面的梁柱及填充墙将会吸收最大一部分冲击波载荷，只有在迎爆面破坏后，爆炸冲击波才会继续向结构内部传播，故对于结构内部的构件进行简化。

步骤2，分析影响爆炸荷载下高层RC框架结构毁伤的因素：

将冲击波作用于结构的峰值压力p_b和结构的应力响应σ_i作用表征高层RC框架结构在爆炸冲击波载荷下的毁伤程度的重要参量，选取结构迎爆面中心点作为毁伤分析特征点，若模型和原型的冲击波压力响应曲线和结构应力响应曲线相似程度越高，则可表明模型设计相似程度越高。

影响高层RC框架结构在爆炸冲击波载荷下的毁伤程度的重要物理量还有：

炸药参数：超压p_a、正压作用时间t_a、冲量i_a、炸药质量Q、炸药密度ρ、单位质量炸药释放的化学能e、爆炸产物膨胀系数γ_e、爆心距R、达到时间t_i；

高层RC框架结构参数：几何尺寸L_c、混凝土密度ρ_c、混凝土泊松比υ、混凝土弹性模量E_c、混凝土强度σ_c。

步骤3，通过量纲分析建立在远场爆炸荷载作用下高层RC框架结构的毁伤相似准则：