混凝土抗爆加固研究进展综述

孙炳鑫，季鲲鹏

（河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038）

本文对近年来对不同材料的抗爆加固研究进行概述。

1 不同材料加固措施

1.1 复合材料加固抗爆

复合材料加固目前采用的是各种纤维增强聚合物（FRP），这种纤维增强聚合物安装方便的同时，硬度强度大，对原来的既有结构损害较小。国内许多学者进行了实验与模拟研究，选取代表性的文章进行论述。

郭樟根等[1]对外贴FRP 条带加固钢筋混凝土(RC)双向板抗爆性能试验研究和数值模拟，并且对爆炸冲击进行了详细理论分析说明，将理论和实验结果比较相一致，研究结果表明外贴FRP 提高了RC 双向板刚度，有效保护了混凝土结构。爆炸冲击后，主要破坏集中在FRP 断裂和剥离。FRP筋配筋率越高，抗爆能力提高。同时提出了一种加固三折线弯曲抗力模型，外贴FRP 加固RC 双向板的抗爆炸冲击波能力得到了明显提高。

彭培[2]基于有限元软件LS-DYNA，建立了玄武岩纤维布（BFRP）与喷涂式聚脲对蒸压加气混凝土单向砌体墙的加固模型，并进行了现场试验，模拟的结果与试验结果相吻合，结果表明BFRP布条加固墙体抗弯性能优于聚脲涂层， 聚脲涂层对墙体拉拱效应明显，墙体位移最大处BFRP 断裂，在跨端边界处聚脲涂层断裂。

Qiang Zhou[3]采用玄武岩纤维增强聚合物筋对浅埋混凝土城市综合管廊进行加固。采用动力欧拉梁理论预测了顶板的动力响应，较好地预测了大尺度爆炸时顶板的位移。当爆炸比例距离＜1.260m/kg1/3，且钢筋进入塑性状态时，挠度较小，裂缝分布较为均匀。随着BFRP 筋弹性破坏的增大，在小尺度爆炸条件下，其抗爆性也越来越好。研究了浅埋混凝土城市综合管廊的爆炸阻力。通过对其表面反射压力、应变、加速度、位移、裂纹信息和破坏模式的测量、观察和分析，初步揭示了其爆破性能。对前四种工况下的管廊顶板中心位移进行了理论计算。研究发现，管廊顶板底部中心横筋的最大应变远大于纵向横筋，具有明显的单向板结构性能，应力主要沿顶板短跨分布，作者建议在设计中应加强横向钢筋。浅埋混凝土城市综合管廊的主要破坏形式为屋面弯曲裂缝和屋面混凝土局部剥落。当浅埋混凝土城市综合管廊损坏时，5 条裂缝沿屋顶轴线形成并发展。由于BFRP 筋抗剪强度不高，导致侧墙出现剪切裂缝。在设计中可以考虑采用钢筋和BFRP 筋的混合应用来提高结构的抗剪强度。位移随尺度距离的变化反映了浅埋混凝土城市综合管廊的损伤程度和累积损伤效果。

Junjie Zeng[4]对15 个柱试件进行了试验，并给出了试验结果。利用ABAQUS 建立了一种可靠的局部FRP 约束圆柱三维有限元建模方法。在有限元方法中，采用了一种精确的混凝土多轴受压塑性损伤模型。数值计算结果与试验结果的比较验证了有限元方法的准确性。然后给出了验证的有限元方法的数值结果，以加强对部分FRP 约束混凝土柱中约束混凝土的性能的理解。用连续的FRP 套包裹现有的混凝土柱，且套内纤维方向为箍向，称为FRP 全缠绕加固技术。但在实际应用中，采用纵向不连续FRP 条加固混凝土柱的方法也较为可取，称为FRP 局部缠绕加固技术。现有研究表明，玻璃钢局部包裹加固技术是玻璃钢全包裹加固技术的一种经济可行的替代方法。作者认为尽管目前已经对部分FRP 约束混凝土柱进行了大量的实验研究，但部分FRP 约束圆形柱中约束混凝土的约束力学仍不清楚。采用新型PIV技术测量了试件的轴向和环向应变。未见轴向和环向应变变化沿柱。建立了基于混凝土损伤的塑性有限元模型，并用试验结果进行了验证。采用有限元法对部分FRP 约束混凝土的约束力学进行了研究。结合试验结果和数值计算结果，得出以下结果，发现约束混凝土的峰值应力随FRP 带宽度的增大而增大;混凝土的轴向极限应变、FRP 箍筋的破裂应变和第二段的斜率与相邻FRP 条的间距无关。抗压强度随带厚的增加而增加，而第二段的斜率不受带厚的影响。作者利用基于数字图像相关技术，发现相邻两条FRP 带中部的轴向应变和环向应变均大于每条FRP 带中部的应变。

1.2 缓冲材料加固

Fei Yang[5]对带钢筋的不同体积分数的橡胶混凝土板进行了爆炸现场试验。采用多材料ALE 和拉格朗日算法对数值模拟验证了模型的准确性，证明了橡胶混凝土板与钢加固是可行的结构抗爆。研究发现当炸药的质量并不大时 (2.3kg 或3.4kg)， 普通混凝土板仍处于弹性阶段与轻微损坏， 而橡胶混凝土板在塑性阶段拉伸区域中会跨较大变形和一些细裂纹。而当炸药质量为5.6 kg时，橡胶混凝土板与普通混凝土板跨中残余位移差减小，橡胶混凝土板受拉区损伤小于普通混凝土板。在近距离爆炸条件下，橡胶颗粒增强了大质量装药的爆炸阻力。此外，橡胶混凝土板的弹性比普通混凝土板大。现场试验结果表明，在大爆炸载荷作用下，橡胶混凝土板的拉区损伤小于普通混凝土板。作者发现钢筋加固的橡胶混凝土板是抵抗爆炸荷载特别是大能量爆炸的实用结构。为了综合考虑材料强度，特别是当受到大能量爆炸。橡胶颗粒体积替代率低于30%时混凝土具有较好的抗爆性能。

1.3 刚性材料加固

Jun Li[6]介绍了近程爆轰作用下钢筋混凝土板的现场爆炸试验结果。在此基础上，对现场试验现象进行了基于多材料ALE 和拉格朗日算法的数值研究。提出在常规钢筋加固基础上采用的新型加固方案——混合钢丝网-微钢纤维加固。相较于传统的钢筋混凝土有较好的防爆性能。

Yandong Qu[7]通过数值模拟的方法，研究了爆炸装药的重量和位置、钢板的加固长度以及加固方法(如在钢筋混凝土T 梁底部粘贴钢板、在腹板两侧粘贴钢板、在T 梁顶部和底部粘贴钢板、全厚钢板和全厚钢板) 对爆破荷载作用下T 梁动力特性的影响。分析了钢板强化T 梁的破坏形式以及裂纹分布规律。得出梁抗爆性能的最佳加固方法是在梁的顶部和底部用钢板加固。通过比较相同爆炸情况下钢板的不同加固长度，得出钢板加固长度的最佳尺寸为80 cm 左右。

2 结论与展望

目前混凝土抗爆加固大多数是单一材质并且研究宏观现象居多，对于爆炸荷载作用下结构内部微观结构和不同材料界面相互作用鲜有研究。不同种材料组合抗爆效果是否优于单一材料仍然需要模拟与试验验证。