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爆炸冲击荷载下玻璃幕墙建筑抗爆研究
作者:行政部  更新:2015-08-27 09:27  关注:326
    玻璃幕墙作为建筑的外围护构件,最先受到爆炸冲击荷载的感化,易于 其抗爆性能将直接影响整个建筑物的安全性。研究表明,爆炸冲击波感化到建筑玻璃上,75百分比的人员伤亡由是高速飞行的玻璃碎片所直接遭成的,而冲击波透过玻璃裂缝进入房间内部又会间接遭成人员伤亡。在这种环境下,抗爆玻璃研究成为人们关注的热点。抗爆玻璃多选用夹层玻璃、中空玻璃或者几种基本型式合成的复合玻璃,在质料关键多采取应用钢化玻璃或者其它新型质料玻璃等。通过查阅国内外相关文献,发现About抗爆玻璃在静荷载、风荷载及地震荷载的相关研究已趋于成熟,但其在冲击荷载感化下的研究在很多关键还有待完竣。文中对爆炸冲击荷载感化下的玻璃幕墙建筑的抗暴研究现状做了一个较全面的综述。 
  1.玻璃幕墙抗爆研究与归纳方法 
  应力波感化于构件会使其内部产生复杂的应力区域并发生局部破坏,最终导致其承载力能力严重降低,易于 揣摩应力波在构件内的传播特性是至关要紧的。  
  目上,玻璃幕墙的抗爆研究与归纳方法主要有以下三利,:解析方法、实验方法和数值模拟归纳法。
  1.1解析方法  
  一贯是采取应用基本的应力波理论、质料力学、固休力学、弹塑泄悝学和能量原理等基本力学原理对结构进行归纳。目上,国内还没有相关 技术实现 和规范介绍玻璃幕墙的抗暴计算方法,但有时又需要定量的计算来验证策划的正确与否。易于 ,常采取应用简化的归纳方法以此得到比较合理的归纳结果,其简化如下:①按照爆炸力的特征,幕墙的支撑结构可以揣摩按照弹塑泄悝学进行归纳;②框架构件和竖权、横嵋等零配件的受力采取应用静荷载的方法进行简化;③可以揣摩用直线来代替冲击波随时间的改动过程,如图1所示。(此道PQ为准则大气压AP+为冲击波超压;t+为冲击波正压感化时间)。  
  基于如该 简化计算准则,己有很多研究学者将玻璃幕墙简化成等效单自由度模型。Krauthamruer和Altenberg曾采取应用单自由度模型对爆炸冲击波负压在玻璃面板上的感化效应进行了归纳。除这以外,还有研究人员采取应用板壳动力理论对其性能进行研究。高轩能等采取应用弹性薄板振动理论研究了框支承玻璃在爆炸冲击荷载下的动力响应及防爆跨距。虽然解析方法以较为简洁的形式给出有关物理量之间的关系,但是由于爆炸空气冲击波荷载、质料本构关系和边界条件的复杂性,在实际应用中会受到很大的限制,只能运用到极少数easy小case中。 
  1.2实验方法 
  通过开展足尺寸的冲击波实验,可以观察到玻璃幕墙在真卖爆炸冲击荷载下的反应。基于实验数据的综合归纳,可以得到其真实的抗爆性能。常用的玻璃爆炸冲击波实验方法一般有两种:①跨距实验,试验组件对己知特性炸药的冲击承受能力;②激振管实验,在特意建造的小房间内部瞬间释放高压气流产生冲击波。实际工程中常选用跨距实验方法,该方法简便,并在一定程度上满足了工程需要。陈峻等采取应用跨距实验方法对玻璃幕墙进行了冲击波试验,并具体介绍了跨距实验的实施方法。虽然实验研究真实再现了构件在真实荷载下的性能,但是随着对冲击小case的深入研究,该方法己无法达到计算精度的要旨。  
  1.3数值模拟归纳法  
  数值模拟归纳法避免了实验方法的危险性和昂贵性,其灵活性和可重复性加快了策划周期,降低了策划底。在抗爆结构动力归纳中,常用的抗爆归纳软件有以下种:ABAQUS.LS一DYNAIDYNA3D和AUTODYNA等。目上,上卫数值模拟归纳存在以下两个小case:①没有揣摩爆炸荷载和幕墙结构的流固祸合计算;②对玻璃与周围部件连接感化进行了诸多简化,归纳模型多仅限于玻璃面板。这使得模拟结果难以真实反应复杂幕墙系统中玻璃的爆炸响应环境。针对如该 小case,邓荣兵等利用罚函数,用ALE有限圆法进行了爆炸荷载与幕墙结构祸合感化的三维消息 仿真。随着计算机 技术实现 的不断发展以及计算方法的逐步改进,数值模拟归纳法在解决爆炸小case中正发挥着日益要紧的感化。  
  2.爆炸冲击荷载下玻璃幕墙的性能研究  
  国外对爆炸冲击荷载下玻璃幕墙性能的研究大多聚集于抗爆玻璃的破坏强度、玻璃尺寸、动力响应、荷载感化时间、玻璃板的支撑边界条件及动力响应等关键,而国内在这关键的研究还处于起步阶段。
    2.1玻璃强度 
  玻璃在常温下是一种典型的脆性质料,一直到破坏为止,其应力应变呈线性关系。玻璃表面存在着无数微裂纹,在拉应力感化下,当微裂纹尖端处的应力超过临界应力时,裂纹迅速分裂,最终导致玻璃断裂。玻璃的理论强度约为1x1010一1.5x1Q'0Pa加2而实际的强度要比理论强度低得多,与理论强度相差2一3个数量级。这是由于玻璃的脆性和其表面存在微裂纹、内部存在不均匀区域和缺陷所引起的的应力聚集遭成的。玻璃的高强度意味着安全性,为了提高莫过于际强度,可采取应用:退火、钢化)、表面处理与涂层、微晶化、与其他质料制成复合质料等方法。 
  2.2玻璃尺寸 
  小尺寸玻璃的强度一般要高于大尺寸玻璃强度,主要是因为玻璃尺寸越小其表面和内部存在缺陷的几率越低,抵抗荷载和冲击波的能力越强。易于 在实际运用中应严格把握玻璃面板的尺寸,不宜使其过大。颜卫亨等采取应用有限圆归纳方法,比较了不同尺寸的玻璃幕墙在爆炸荷载感化下的反应。  
  2.3荷载感化时间 
  玻璃在长期荷载感化下,玻璃裂纹会发生扩展,直接导致承载能力的降低;玻璃在动力荷载感化下,玻璃产生的较小位移随着感化时间的增加而增加,当无法满足挠度要旨时,玻璃发生破坏。高轩能等采取应用有限圆归纳法对夹层玻璃在短期、一氏期静力和爆炸冲击荷载感化下的变形进行了模拟归纳,并在赵西安研究底子上对夹层玻璃的等效厚度计算公式进行了补充。 
  2.4支撑边界条件  
  在玻璃幕墙抗暴策划过程中,选用不同的边界条件对结果有很大的影响。应按照玻璃的真实受力环境,合理决定玻璃面板的边界条件。weggel和Zapata通过两种不同边界支撑条件的矩形玻璃板在低速爆炸荷载感化下的研究,得出周围具有橡胶垫圈弹性框支撑的玻璃面板其较小拉应力较普通简易支撑的玻璃面板可以折减42百分比一71百分比。  
  2.5动力响应 
  建筑玻璃在爆炸冲击荷载感化下的动力响应小case属于典型的动力学小case,动力学小case与静力学小case主要存在两个不同点:①动力学小case要揣摩时间改动圆素;②在动力归纳的过程中要揣摩惯泄悝效应。当在高应变率的动力荷载感化下,还要揣摩应变率效应。美国ArmyCorpsofEngineers采取应用单自由度法得到了弹胜响应谱曲线和弹塑性响应谱曲线,通过查图能够快速地得到建筑玻璃在冲击荷载感化下的较小动位移。 
  3.抵抗炸弹冲击波建筑幕墙的策划  
  建筑玻璃幕墙的抗爆炸策划主要是防范远跨距炸弹(药)产生的空气冲击波对建筑物的破坏。建筑玻璃幕墙的抗暴策划旨在较小限度的减少爆炸冲击波超高荷载和高速飞溅的玻璃碎片所遭成的直接伤害,并减少受攻击装备设施或爆炸主题周围装备设施的修复费用。在具体策划过程中,应达到以下两个要旨:①玻璃有足够的强度来承受较大当量的爆炸袭击;②受到爆炸冲击感化下,玻璃能够较完好地保持在框架内。  
  目上,美国有两个玻璃抗爆策划准则:UFC4一010一OI准则10和ASTMF2248一03准则。UFC准则是一个简化的策划方法,ASTMF比UFC能够适应更大的爆炸威助·的抗爆策划。在国内,还没有正式的抗爆策划规范和准则,但在一些要紧的工程porject中都有揣摩到这关键的小case。通例的玻璃幕墙抗爆炸策划往往难以满足实际要旨,这是由于:①爆炸荷载的量级、地位、概率具有不细目性;②爆炸荷载感化时间短暂,整个过程以毫秒计算;③爆炸荷载感化大,其强度一贯远远大于其它灾害(风、地震等)。爆炸冲击波荷载的如该 特点使得整个动力过程变得非常复杂。  
  易于 ,常从概念性策划关键来进行:  
  (1)玻璃面板宜采取应用高强玻璃和抗爆玻璃以增强对冲击波的抵抗能力并减小玻璃碎片对房间内部人员的伤害。 
  (2)采取应用柔性较好的复合结构体系。玻璃幕墙结构在变形过程中会吸收部分爆炸产生的能量,这使其对结构的破坏大大降低。复合结构体系较单一的玻璃质料和结构有更好的耗能成果。  
  (3)合理选用玻璃面板尺寸,采取应用防爆性能良好的玻璃框架。面板尺寸过小会使工期延长并影响建筑物的外型;而尺寸过大则会由于玻璃自身的缺陷而减小玻璃抵抗冲击荷载的能力,并增加了破坏下的维修费用。防爆性好的玻璃框架能在爆炸发生时对玻璃有充溢的约束,增强了整个系统的防爆性能。 
  (4)设置防爆墙,防爆墙能阻挡冲击波感化并且在变形过程中能吸收爆炸产生的能量。在策划允许的环境下,应尽量将防爆墙设在远离倾向构筑的区域,即拥有足够远的安全跨距。易于 可言,安全跨距每增加一倍,爆炸荷载冲击减少为3-8成。  
  (5)改善周围环境设置, 诸如:应尽量减少周围垃圾桶的数量,垃圾捅经常是炸药的投掷点之一;采取应用塑性较好的地上,通过地上的变形成坑达到耗能成果同样能降低冲击波对玻璃幕墙的破坏。  
  4.结语  
  目上为止,在国内境内尚米发生针对玻璃建筑的恐怖爆炸袭击事件,但灰子 怯Ω锰岣叻婪兑馐叮龊梅婪洞胧乐勾罅康娜嗽鄙送龊筒撇鹗АN闹薪樯芰瞬A磺娇贡┭芯坑牍槟傻娜址椒ú⒓蛞爬斯谕饽可险攵云湓诒ê稍叵碌男阅苎芯浚┝私樯芰艘恍┣惺悼尚械牟呋椒ā
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