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钢管混凝土结构具有以下优点:优越的力学性能,其承载力高、延性及抗震性好;良好的耐火、耐腐蚀性能,其防火、防腐蚀涂层费用较低;施工快速、经济成本低。因此,钢管混凝土广泛用于桥梁、地铁、工业厂房、军事防护等工程。国内外学者对钢管混凝土开展了大量的研究并取得了丰硕的成果,这些研究主要集中于钢管混凝土承受静态、低强度动态载荷作用,而对钢管混凝土承受爆炸、冲击等剧烈载荷作用的研究却不多,尤其是钢管混凝土在内爆炸下的研究就更少,故研究钢管混凝土在内爆炸下的特性具有非常重要的意义。本文以巢湖水泥厂钢管混凝土结构水泥立窑拆除实践为研究出发点,通过试验与数值模拟相结合的方法,对外层钢管上具有狭缝的圆形钢管混凝土在内爆炸作用下的动态响应进行了研究,可为类似工程及防暴设计提供参考和借鉴。
把带狭缝的钢管看作开口圆柱壳体,应用圆柱壳体的弯曲理论,对钢管混凝土在内爆炸作用下的变形进行了分析。作用在开口圆柱壳体边界处的载荷具有边缘效应,载荷在远离边界处会衰减。在条形药柱两端正对2狭缝中间位置装药形式时,由开口圆柱壳体理论,其变形发生在靠近狭缝处。通过试验,对长500mm外径114mm内径106mm且在中间位置均布有2条长150mm宽4mm狭缝的钢管混凝土在上述装药形式、装药密度均为1.56g/cm3、药量从6gRDX、9gRDX、12gRDX到16gRDX时的变形与破坏情况进行了分析。试验结果表明,钢管变形主要发生在靠近狭缝处而与狭缝正对的位置变形较小,变形大小随着药量的增加而增大,在16gRDX药量下,外层钢管最大变形为52.5mm,且在狭缝端部出现大的约45°方向的裂纹,钢管混凝土受到完全破坏。
最后通过数值模拟方法对钢管混凝土在有2条、4条狭缝两种情形下的变形与破坏情况进行了分析。2条狭缝时的计算结果与试验一致,4条狭缝时的变形大小与2条狭缝时相当,但其靠近各狭缝处变形大小相差不多,在16gRDX药量下,具有2条与4条狭缝的钢管混凝土均受到完全破坏。