爆炸冲击作用下的钢管混凝土研究的论述
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摘 要：本文首先对爆炸冲击荷载发生的情况做一简单的介绍，论述了在爆炸冲击荷载作用下的钢管混凝土主要的研究方法，并对近些国内的学者研究在爆炸冲击荷载作用下的钢管混凝土的科研成果进行了总结，在截面形式的选择、重点部位的加强（柱头和柱脚）、折合距离和比例距离的设置等方面的作用均为工程实践提供一定的科学指导。
关键词：爆炸冲击荷载;钢管混凝土;ANSYS/LS-DYNA
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.079
1 引言
爆炸冲击荷载对建筑物的影响虽非大概率事件，但在世界范围内也是存在的，尤其是恐怖主义活动。例如，2001年的“911”事件，美国的双子大楼遭受到爆炸冲击荷载，导致建筑物的倒塌;其实在我们的日常生活中也有可能遭受到爆炸冲击荷载，比如，煤气泄漏致使建筑物损坏甚至倒塌，2008年大连的一家饭店煤气爆炸将三层高的楼房化为乌有;随着无人机的快速发展和低空汽车的开发研制，对于建筑物承受爆炸冲击荷载存在更严峻的考验。因此，对于建筑物遭受爆炸冲击荷载的研究受到更为广泛的认识。
钢管混凝土具有良好的抗震和动力性能，对建筑物提高承受爆炸冲击荷载能力有着较好的作用，因此，本文根据相关的参考文献归纳和总结钢管混凝土在爆炸冲击荷载作用下的主要研究方法和重要结论。
2 爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土柱研究方法
2.1 试验法
试验法是科学研究最重要的手段之一，爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土柱研究也不例外。由于爆炸冲击荷载的复杂性，完全模拟实际的爆炸冲击荷载是不现实的，比如，爆炸事故发生过程中受到结构物的阻碍以及地面的反射作用，严格意义上的自由空气爆炸情况是不存在的，因此我们采用试验法只能近似的模拟。在2012年何斌[1]以不同的含钢率和不同药量对9组简支钢管混凝土柱进行了抗暴试验研究，主要考察了爆炸空气冲击波压力时间曲线、构件跨中应变时间曲线和构件的最终挠度等参数对钢管混凝土柱抗弯性能的影响。在2013年孙珊珊[2]进行了3组钢管混凝土柱的抗暴试验，主要对柱的迎爆面及背爆面的超压时程曲线，自由场中的反射压力时程曲线，振动加速度等参数进行了观测。
2.2 有限元模拟法
爆炸冲击荷载数值模拟的问题的核心是解决多流体介质非线性动力分析问题，根据坐标不同主流的方法有Lagrange和Euler两种。Lagrange法又称拉格朗日法，它是将坐标固结在物质上，随着物质一起运动或变形，变形后材料的自由表面可以自动被网格的边界捕捉到，由于一个网格或单元始终对应一块物质团，所以在网格中不存在材料的流动。Euler法又称欧拉坐标法，是将固定的空间坐标系，固网格也是固定不变的，材料通过网格边界流进流出，可以用于分析观测变形程度较大的问题。但是，采用固定的空间坐标系难于跟踪物质的变形，只有很精确的网格才能捕捉到固体材料的变形响应，但这将使数值分析的成本提高，尤其是用于分析应变相对较小的问题时成本问题更为突出[3]。
Euler方法和Lagrange方法在处理不同问题上各有优缺点，在解决流体-固体耦合问题时，需要将两者的优点紧密结合起来，这样产生了ALE1（Arbitrary Lagrange-Euler）算法。ALE方法还可以解决固体大变形数值计算的难题，目前，该方法已经成为分析大应变问题的十分重要的数值分析方法。
ANSYS/LS-DYNA是以Lagrange为主，兼有ALE和Euler算法，可以较好对爆炸荷载进行数值模拟，并且有较多的科研人员均采用此软件对爆炸荷载进行研究，例如，阎石（2011）[4]、黄拓（2012）[3]、吴赛（2013）[5]、孙宇（2015）[6]等均采用ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下的钢管混凝土进行了抗暴性能的研究，得到较好的科研效果。
3 爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土柱主要研究成果
利用以上两种方法国内外学者对爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土柱的研究取得较多的科研成果，具体如下：
（1）含钢率对于构件抗暴能力影响并不大，而截面形状和截面尺寸对其影响较大，并且圆钢管混凝土抗暴能力要高于方钢管混凝土。钢管混凝土的抗暴能力远远大于钢管的抗暴能力;
（2）爆炸荷载作用下，钢管混凝土柱主要发生剪切破坏和弯曲破坏，主要分布特点是上下两侧（柱头和柱脚）发生剪切破坏，中间发生弯曲破坏;
（3）内置混凝土以受拉破坏为主;
（4）折合距离与钢管混凝土柱的变形呈现反比例的关系，与钢管和混凝土的破坏程度也成反比例关系;
（5）比例距离与柱中点的水平最大位移和残余位移呈现反比例的关系。
4 结语
目前，爆炸冲击荷载作用下的钢管混凝土的研究方法已经较为成熟，所取得的科研成果对工程实践起到了一定的指导作用，在钢管混凝土的截面形式的选择、重点部位的加强（柱头和柱脚）、折合距离和比例距离的设置等方面的作用尤为突出，为钢管混凝土的结构设计提供重要的理论基础。
參考文献：
[1]何斌.钢管混凝土结构构件抗爆炸冲击荷载的特性研究[D].中北大学，2012.
[2]孙珊珊.爆炸荷载下钢管混凝土柱抗爆性能研究[D].长安大学，2013.
[3]黄拓.爆炸冲击荷载作用下钢管混凝土柱性能研究[D].长安大学，2012.
[4]阎石，刘蕾，齐宝欣，辛志强，李鹏.爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理[J].防灾减灾工程学报，2011，31（05）：477-482.
[5]吴赛，赵均海，魏雪英，孙珊珊，张冬芳.爆炸荷载作用下复式钢管混凝土柱的数值分析[J].工业建筑，2013，43（01）：112-117+135.
[6]孙宇，毛毳，杜欣新.爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应分析[J].天津城建大学学报，2015，21（04）：258-261+266.
作者简介：刘洋（1988-），男，黑龙江安达人，硕士，主要从事组合结构的抗震方面研究。
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