鄒慧輝， 陳萬祥， 郭志昆， 姜　猛， 相恒波

( 解放軍理工大學(xué) 爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京　210007)

火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能試驗(yàn)研究

鄒慧輝， 陳萬祥， 郭志昆， 姜猛， 相恒波

( 解放軍理工大學(xué) 爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210007)

為研究鋼管活性粉末混凝土(鋼管RPC)柱火災(zāi)后的抗爆性能。通過4根大比例鋼管RPC柱試件的野外抗爆試驗(yàn)，得到了沖擊波反射壓力和鋼管RPC柱的位移、應(yīng)變時(shí)程曲線，分析了不同受火時(shí)間和比例距離對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能的影響。結(jié)果表明：鋼管RPC柱具有良好的抗爆性能，受火后的鋼管RPC柱在爆炸荷載作用下鋼管仍能有效約束RPC，但隨著受火時(shí)間的增加鋼管RPC柱的抗爆能力減弱。未受火的鋼管RPC柱在比例距離為0.58 m/kg1/3的爆炸荷載作用下基本處于彈性狀態(tài)；受火60 min的鋼管RPC柱仍具有較好的變形性能和抗剪能力，但當(dāng)比例距離由0.58 m/kg1/3減小到0.48 m/kg1/3時(shí)，試件出現(xiàn)由彎曲破壞過渡到彎剪破壞的趨勢(shì)；受火105 min的鋼管RPC柱變形性能顯著下降，在比例距離為0.58 m/kg1/3的爆炸荷載作用下跨中處出現(xiàn)明顯的塑性鉸，跨中最大位移和殘余位移分別比受火60 min的工況增加0.4倍和1.6倍，說明受火時(shí)間對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱的抗爆性能有較大影響。

鋼管RPC柱；抗爆試驗(yàn)；火災(zāi)后；受火時(shí)間；比例距離

近年來，恐怖分子活動(dòng)日益猖獗，火災(zāi)和爆炸事故頻發(fā)，火災(zāi)后結(jié)構(gòu)受沖擊爆炸作用而發(fā)生倒塌的案例屢見不鮮。大跨、高聳、重載結(jié)構(gòu)和重要防護(hù)結(jié)構(gòu)的抗火和抗沖擊爆炸性能成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1-7]。分析表明[8]：結(jié)構(gòu)受火(高溫)后性能劣化，在沖擊、爆炸荷載作用下局部重要支撐失效，是造成倒塌破壞的重要原因。

為提高工程結(jié)構(gòu)抗火、抗沖擊爆炸性能，許多國(guó)家正致力于開發(fā)各種新材料、新結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土具有承載力高、剛度大、塑性和韌性好、且施工方便等優(yōu)點(diǎn)，常用于重大工程的承重結(jié)構(gòu)[9]，并且研究表明：鋼管混凝土具有良好的耐火性能[10-11]和抗爆性能[12-14]。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)是一種高強(qiáng)度、高韌性、低孔隙率的超高性能混凝土，已被用于制造抗爆炸、沖擊裝置[15]。鋼管活性粉末混凝土(鋼管RPC)能夠更好的發(fā)揮新型組合結(jié)構(gòu)和新材料的優(yōu)良特性[16-18]，是一種鋼管混凝土中極具開發(fā)潛質(zhì)和應(yīng)用前景的新型抗火抗爆組合結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件在沖擊爆炸荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了一系列的報(bào)道，對(duì)鋼管RPC的研究主要集中在鋼管RPC短柱和長(zhǎng)柱的靜力性能方面，而對(duì)鋼管RPC的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能報(bào)道較少。Ju等[19]利用SHPB沖擊試驗(yàn)研究了10×100～1.1×102s-1應(yīng)變率范圍內(nèi)不同鋼纖維摻量下RPC的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，提出了不同應(yīng)變率和鋼纖維摻量條件下RPC動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本模式和本構(gòu)模型。馮建文[15]用SHPB沖擊試驗(yàn)研究了鋼管RPC短柱的抗沖擊性能，結(jié)果表明鋼管約束可以改善RPC抗沖擊性能。田志敏等[20-21]利用SHPB沖擊試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法分析了鋼管RPC柱的動(dòng)力響應(yīng)和承載能力，獲得了這種構(gòu)件的承載力提高系數(shù)及構(gòu)件中鋼管與RPC芯柱對(duì)沖擊動(dòng)荷載的分配比例關(guān)系。

在高溫后力學(xué)性能研究方面，吳波等[22]對(duì)軸向約束鋼筋混凝土柱火災(zāi)后的剩余軸壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為受火時(shí)間增加會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土柱的剩余軸壓剛度減小，并討論了軸壓比、柱截面形式對(duì)鋼筋混凝土柱剩余軸壓剛度的影響?；綮o思等[23]采用落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行ISO-834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下鋼管混凝土短柱抗沖擊性能試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明受火時(shí)間、沖擊速度、沖擊能量和含鋼率均對(duì)高溫下鋼管混凝土動(dòng)力學(xué)性能有明顯影響。由于火災(zāi)引起結(jié)構(gòu)承載力和構(gòu)件延性降低，因此，對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC在爆炸荷載作用下的動(dòng)力特性以及破壞過程和形態(tài)都有待進(jìn)一步研究。然而，目前國(guó)內(nèi)外還很少有關(guān)于火災(zāi)(高溫)后鋼管RPC構(gòu)件在沖擊、爆炸等荷載作用下的性能研究，試驗(yàn)研究更鮮有報(bào)道。

本文通過對(duì)4根大比例鋼管RPC柱試件的野外抗爆試驗(yàn)，研究了不同受火時(shí)間、比例距離等因素對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能的影響。

1　試驗(yàn)概況

1.1試件設(shè)計(jì)及制作

本次試驗(yàn)采用的RPC材料在江蘇博特高性能混凝土國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室配制，共澆筑6根鋼管RPC柱和其它試件，RPC配合比見表1。鋼管RPC柱試件的尺寸為t×?×L=6 mm×194 mm×2 500 mm。鋼管和RPC性能參數(shù)見表2。RPC自然養(yǎng)護(hù)28 d后，用鋼蓋板將鋼管兩端焊接嚴(yán)實(shí)以確保試驗(yàn)過程中鋼管和RPC能共同受力。

圖1　鋼管RPC柱Fig.1 Reactive powder concrete filled steel tubular column

水膠比膠體組成水泥硅灰粗石英砂細(xì)石英砂石英粉減水劑0.191.00.280.750.370.392.2%

表2　鋼管和RPC性能參數(shù)

抗爆試驗(yàn)采用其中4根鋼管RPC柱，共設(shè)計(jì)4種工況(見表3)，其中試件RPC-FSTC1、RPC-FSTC3、RPC-FSTC5用于考察受火時(shí)間的影響(即工況1、2、4)，RPC-FSTC3、RPC-FSTC4用于考察比例距離的影響(即工況2、3)。4種工況施加的軸力大小均為754 kN，軸壓比為0.24。

表3　試驗(yàn)工況

注：試件RPC-FSTC2、RPC-FSTC6用作殘余承載力對(duì)比試驗(yàn)，不進(jìn)行抗爆試驗(yàn)。試驗(yàn)采用的炸藥為2號(hào)巖石乳化炸藥，等效TNT系數(shù)范圍為0.618～0.72。

鋼管RPC柱在室外自然養(yǎng)護(hù)28 d后，在東南大學(xué)火災(zāi)試驗(yàn)爐進(jìn)行升溫時(shí)間為60 min和105 min兩種工況的ISO-834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)試驗(yàn)。試件受火后，鋼管外表面銹蝕層出現(xiàn)輕微脫皮、剝落現(xiàn)象。

圖2　受火后鋼管外表面Fig.2 RPC-FSTC after exposure to fire

1.2加載方案

抗爆試驗(yàn)在野外梁柱構(gòu)件抗爆試驗(yàn)坑進(jìn)行。試驗(yàn)坑包括鋼-混凝土基座、鋼結(jié)構(gòu)自平衡反力系統(tǒng)、軸力加載氣缸及位移計(jì)支架等(圖3(a))。鋼管RPC柱兩端的支承方式為在試件下部墊方形厚鋼板，上部通過固定螺栓進(jìn)行約束。試驗(yàn)加載方案如圖3(b)所示。爆炸荷載采取乳化炸藥直接爆炸的方式施加，炸藥懸吊至設(shè)定高度后，采用電子雷管遠(yuǎn)距離引爆，炸藥爆炸后產(chǎn)生的爆炸沖擊波作用在鋼管RPC柱上表面。通過高壓氮?dú)夤迣?duì)加載氣缸充壓，氣缸與試驗(yàn)柱相互作用的軸向力作用到自平衡反力架上，最大可提供1 500 kN軸力。由于試件軸向變形較小，可以認(rèn)為施加的軸力FN在爆炸荷載作用期間恒定不變。

圖3　試驗(yàn)裝置(m)Fig.3 Blast-resistant experiment set-up(m)

1.3量測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)測(cè)量的信號(hào)為爆炸沖擊波反射壓力、試件位移和鋼管下表面應(yīng)變。由于荷載、結(jié)構(gòu)均對(duì)稱，測(cè)點(diǎn)只布置在試件一側(cè)，如圖3所示。其中3個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)布置在試件一側(cè)的鋼-混凝土基座上(圖3(c))，高度與試件上表面平齊；3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)布置在試件下表面；3個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在對(duì)應(yīng)位移測(cè)點(diǎn)處鄰近的鋼管下表面。試驗(yàn)所用主要儀器及其性能見表4。

表4　試驗(yàn)主要測(cè)量設(shè)備

2　試驗(yàn)結(jié)果及其分析

2.1爆炸荷載分析

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)24 kg、48 kg兩種炸藥重量的爆炸荷載，爆炸距離均為1.5 m。為便于分析，乳化炸藥的TNT等效系數(shù)統(tǒng)一取為0.72，對(duì)應(yīng)的比例距離分別為0.58 m/kg1/3、0.48 m/kg1/3，表5給出了壓力峰值測(cè)量結(jié)果。由于比例距離小，沖擊波陣面到達(dá)試件表面時(shí)還未脫離爆炸氣體，導(dǎo)致跨中測(cè)點(diǎn)的壓力峰值超出了壓力傳感器的量程。從表中P1測(cè)點(diǎn)壓力峰值數(shù)據(jù)可知，相同炸藥量爆炸測(cè)得的壓力峰值具有較大離散性，這主要是由于采用的2號(hào)巖石乳化炸藥性能不穩(wěn)定，且比例距離小等原因造成的。

表5　爆炸沖擊波反射超壓峰值

注：表中部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失是由于試驗(yàn)過程中壓力傳感器損壞而沒有測(cè)量到有效壓力數(shù)據(jù)。

圖4為工況4測(cè)得的爆炸沖擊波反射壓力時(shí)程曲線。從圖中可以看出，爆炸沖擊波反射壓力具有典型的爆炸沖擊波特征，反射壓力在瞬時(shí)達(dá)到峰值，并出現(xiàn)多個(gè)峰值的特點(diǎn)，且第二個(gè)峰值大于第一個(gè)峰值；P3測(cè)點(diǎn)位于爆心正下方，測(cè)量的反射壓力為正反射壓力，壓力到達(dá)峰值后迅速衰減，具有典型脈沖荷載的特征；P1、P2測(cè)點(diǎn)測(cè)量的反射壓力為斜反射壓力，由于P3測(cè)點(diǎn)反射波的影響，越靠近端部的測(cè)點(diǎn)超壓作用時(shí)間越長(zhǎng)；P1測(cè)點(diǎn)的壓力峰值為14.65 MPa，P2測(cè)點(diǎn)的壓力峰值為34.51 MPa，P3測(cè)點(diǎn)第一個(gè)壓力峰值達(dá)67.12 MPa，第二個(gè)壓力峰值超出了傳感器的量程，大于69 MPa。爆炸荷載沿柱長(zhǎng)非均勻分布，跨中最大，沿兩端逐漸減小如圖5所示。

圖4　爆炸沖擊波反射壓力時(shí)程曲線Fig.4 Time-history curve of reflected overpressure

圖5　荷載分布示意圖Fig.5 Distribution of blast load

2.2試件變形形態(tài)及位移數(shù)據(jù)分析

4種工況下的試件受爆炸作用后殘余變形形態(tài)如圖6所示。

圖6　試件受爆炸作用后殘余變形圖Fig.6 Residual deformation of RPC-FSTC specimens

圖6(a)中未受火的試件RPC-FSTC1在爆炸荷載作用后上表面仍與爆坑平齊，試件外觀沒有明顯變化；圖6(c)～圖6(d)中受火后的試件RPC-FSTC3、RPC-FSTC4、RPC-FSTC5在跨中處出現(xiàn)不同程度的彎曲變形，但試件表面并未出現(xiàn)裂紋和外鼓現(xiàn)象，表明受火后的鋼管RPC柱在爆炸荷載作用下的鋼管仍能有效約束內(nèi)填RPC。

表6給出了試件各測(cè)點(diǎn)的最大位移和殘余位移值，4種工況均為跨中測(cè)點(diǎn)D3的位移值最大。文獻(xiàn)[9]中以試件側(cè)向位移達(dá)到柱長(zhǎng)的1/50時(shí)的荷載值作為構(gòu)件在靜載作用下的橫向極限承載力。未受火的工況1最大位移小于柱長(zhǎng)的2%；而受火后的工況2、工況3、工況4最大位移均大于柱長(zhǎng)的2%，超過了靜載作用下的極限狀態(tài)。

表6　最大位移和殘余位移測(cè)量值

圖7給出了4種工況下試件的位移時(shí)程曲線。

圖8為試件最大位移和殘余位移沿柱長(zhǎng)分布。

圖7(a)中，試件RPC-FSTC1的D1、D2點(diǎn)位移時(shí)程曲線出現(xiàn)了5 mm的反向位移，表明在爆炸荷載作用下試件出現(xiàn)反彈現(xiàn)象；D1、D2點(diǎn)的最終殘余位移趨于零，D3點(diǎn)的殘余位移也僅為4.68 mm，表明未受火的鋼管RPC柱試件在比例距離為0.58 kg/m1/3時(shí)，基本處于彈性階段；其最大位移和殘余位移沿柱長(zhǎng)分布如圖8(a)所示。

圖7(b)為受火60 min后試件RPC-FSTC3在比例距離為0.58 kg/m1/3時(shí)的位移時(shí)程曲線，三個(gè)測(cè)點(diǎn)均未出現(xiàn)反向位移，而位移變化最大幅值與工況1相差不大；3個(gè)測(cè)點(diǎn)均存在殘余位移，表明試件已經(jīng)進(jìn)入塑性階段；從圖8(b)中試件殘余位移曲線可以看出，試件曲率由跨中向兩端逐漸減小，并在端部趨于零，說明試件表現(xiàn)出典型的彎曲破壞模式。

圖7(d)中，受火105 min后試件RPC-FSTC5的最大位移明顯增大，而位移變化最大幅值卻較未受火試件RPC-FSTC1和受火60 min后試件RPC-FSTC3的明顯減小；從圖8(d)中看出，試件表現(xiàn)出彎曲破壞模式，試件變形恢復(fù)很小，殘余變形主要集中在跨中，并在跨中處形成明顯的塑性鉸。

圖7(c)為比例距離在0.48 kg/m1/3時(shí)，試件RPC-FSTC4的位移時(shí)程曲線，其位移響應(yīng)時(shí)間較工況2減短；從圖8(c)中可以看出，試件在最大位移時(shí)刻出現(xiàn)明顯的彎剪變形，表現(xiàn)出彎剪破壞趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)[6]中在荷載峰值大、作用時(shí)間短的爆炸荷載作用下，鋼筋混凝土柱易于發(fā)生剪切破壞的結(jié)論類似。但其殘余位移時(shí)的變形曲線仍表現(xiàn)出彎曲破壞模式，表明受火60 min后的鋼管RPC柱仍有較好的抗剪能力。

圖7　試件的位移時(shí)程曲線Fig.7 Time-history curves of displacement

2.3應(yīng)變分析

圖9給出了試件RPC-FSTC1的測(cè)點(diǎn)縱向應(yīng)變時(shí)程曲線，S1測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)變?yōu)? 524×10-6，其殘余應(yīng)變最終歸于零，表明試件端部下表面受拉區(qū)鋼管仍處于彈性階段；S2測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變片由于在爆炸沖擊波作用下?lián)p壞，其應(yīng)變時(shí)程曲線在后期數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常；S3測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)變?yōu)? 870×10-6，殘余應(yīng)變?yōu)?20×10-6，表明試件RPC-FSTC1下表面部分受拉區(qū)的鋼管已進(jìn)入屈服階段。

由于應(yīng)變片貼于試件底部的鋼管外表面，試驗(yàn)中大部分應(yīng)變片在爆炸沖擊波作用下剝離損壞，未獲得有效數(shù)據(jù)。

圖8　試件最大位移和殘余位移沿柱長(zhǎng)分布Fig.8 Maximum and residual displacement along column axis

圖9　試件RPC-FSTC1 應(yīng)變時(shí)程曲線Fig.9 Time-history curves of strain for RPC-FSTC1

3　火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能分析

3.1受火時(shí)間的影響

為研究受火時(shí)間對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能的影響，選擇未受火的工況1作為對(duì)比試驗(yàn)，工況2、4中僅改變受火時(shí)間，其它因素保持不變進(jìn)行試驗(yàn)研究。圖10給出了工況1、2、4中試件在跨中達(dá)到最大位移時(shí)刻和最終殘余位移時(shí)的變形形態(tài)對(duì)比。從圖中可知，未受火的試件和受火時(shí)間為60 min、105 min的試件在達(dá)到最大位移時(shí)刻的變形形態(tài)均為彎曲變形；從最終殘余位移時(shí)的變形對(duì)比圖中可以看出，受火后的試件在爆炸荷載作用下表現(xiàn)出彎曲破壞模式，殘余變形主要集中在跨中，相比之下，受火60 min的試件變形恢復(fù)較大，而受火105 min的試件變形恢復(fù)較小，并在跨中形成明顯的塑性鉸。

由圖11可以看出，受火60 min的試件跨中最大位移為54.17 mm，殘余位移為20.56 mm，分別比未受火的試件增加0.42倍和3.4倍；受火105 min的試件跨中最大位移為75.9 mm，殘余位移為53.76 mm，分別比受火60 min的試件增加0.4倍和1.6倍。

表明受火60 min后的鋼管RPC柱仍具有較好的抗爆性能，但隨著受火時(shí)間增加鋼管RPC柱的抗爆性能減弱；受火105 min后的鋼管RPC柱變形性能出現(xiàn)明顯下降，抗爆性能變差。

圖10　受火時(shí)間對(duì)試件變形形態(tài)的影響Fig.10 Effects of fire duration time on deflections

圖11　受火時(shí)間對(duì)試件跨中位移影響曲線Fig.11 Effects of fire duration time on specimen’s mid-span displacements

3.2比例距離的影響

為了研究比例距離對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC抗爆性能的影響，工況2、3中受火時(shí)間均為60 min，僅改變比例距離，其它因素保持不變進(jìn)行試驗(yàn)研究。圖12給出了工況2、3中試件在跨中達(dá)到最大位移時(shí)刻和最終殘余位移時(shí)的變形形態(tài)對(duì)比。從圖中可知，比例距離為0.58 m/kg1/3時(shí)試件在跨中達(dá)到最大位移時(shí)刻的變形形態(tài)為彎曲變形，當(dāng)比例距離減小為0.48 m/kg1/3時(shí)試件的變形形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@的彎剪變形，呈現(xiàn)出彎剪破壞趨勢(shì)，但其殘余變形形態(tài)仍表現(xiàn)出彎曲破壞模式。表明受火60 min后的鋼管RPC柱仍具有較好的變形性能和抗剪能力，當(dāng)比例距離減小時(shí)，試件將出現(xiàn)由彎曲破壞過渡到彎剪破壞的趨勢(shì)。

圖12　比例距離對(duì)試件變形形態(tài)的影響Fig.12 Effects of scale distance on deflections

4　結(jié)　論

通過4根大比例鋼管RPC柱試件的野外爆炸試驗(yàn)，主要分析了受火時(shí)間和比例距離對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能的影響，得出以下結(jié)論：

(1) 在比例距離較小的情況下，爆炸荷載沿柱長(zhǎng)非均勻分布，跨中最大，沿兩端逐漸減小。

(2) 鋼管RPC柱具有良好的抗爆性能，未受火的鋼管RPC柱在比例距離為0.58 m/kg1/3的爆炸荷載作用下基本處于彈性狀態(tài)。受火后鋼管RPC柱在爆炸荷載作用下，鋼管仍能有效約束內(nèi)填RPC，具有較好的變形性能；受火60 min的鋼管RPC柱仍具有較好的變形性能和抗剪能力，當(dāng)比例距離由0.58 m/kg1/3減小到0.48 m/kg1/3時(shí)，試件出現(xiàn)由彎曲破壞過渡到彎剪破壞的趨勢(shì)，但最終仍表現(xiàn)出彎曲破壞模式。表明受火后的鋼管RPC柱仍具有較好的抗爆性能，適于用作抗火抗爆結(jié)構(gòu)。

(3) 受火時(shí)間對(duì)火災(zāi)后鋼管RPC柱的抗爆性能影響較大。同一比例距離下，隨著受火時(shí)間的增加，鋼管RPC柱變形性能變差，鋼管RPC柱跨中最大撓度和殘余撓度增大，受火105 min后的鋼管RPC柱抗爆性能明顯減弱。

(4) 影響火災(zāi)后鋼管RPC柱抗爆性能的因素較多，包括受火時(shí)間、爆炸峰值壓力、正壓作用時(shí)間、比沖量以及構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比、套箍系數(shù)、材料性能。系統(tǒng)地研究這些因素對(duì)其抗爆性能的影響規(guī)律，還需要開展進(jìn)一步的試驗(yàn)和數(shù)值模擬工作。

[1] 韓林海. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)：理論與實(shí)踐[M]. 北京,科學(xué)出版社, 2004.

[2] Astarlioglu S, Krauthammer T, Morency D, et al. Behavior of reinforced concrete columns under combined effects of axial and blast induced transverse loads [J]. Engineering Structures, 2013(55): 26-34.

[3] 宋春明,王明洋,劉斌. 邊界約束對(duì)梁抗爆動(dòng)力響應(yīng)的影響(Ⅰ)-理論研究及分析[J]. 振動(dòng)與沖擊,2014,33(5): 82-86.

SONG Chun-ming, WANG Ming-yang, LIU Bin. Effects of boundary restraints on dynamic responses of a beam underblast loadings(Ⅰ)theoretical study and analysis[J]. Journal of Vibration Shock, 2014, 33(5): 82-86.

[4] 杜修力,廖維張,田志敏,等. 爆炸作用下建(構(gòu))筑物動(dòng)力響應(yīng)與防護(hù)措施研究進(jìn)展[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2008, 34(3): 277-287.

DU Xiu-li, LIAO Wei-zhang, TIAN Zhi-min, et al. State-of-the-art in the dynamic responses and blast resistant measures of the buildings under explosive loads[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2008, 34(3): 277-287.

[5] 師燕超,李忠獻(xiàn). 爆炸荷載作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞倒塌分析研究進(jìn)展[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2010, 43(增刊2): 83-92.

SHI Yan-chao，LI Zhong-xian． State-of-the-art indamage and coll apse analysis of RC structures under blast loading [J]． China Civil Engineering Journal，2010，43(Sup2):83-92.

[6] 方秦,程國(guó)亮,陳力. 爆炸作用下鋼筋混凝土柱非線性動(dòng)力響應(yīng)及破壞模式影響因素分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2012, 32(12): 92-98.

FANG Qin, CHENG Guo-liang, CHEN Li. Analysis on nonlinear dynamic responses and failuremodes of RC columns under blast loads[J]. Journal of Building Structures, 2012, 32(12): 92-98.

[7] 李國(guó)強(qiáng),瞿海雁,楊濤春,等. 鋼管混凝土柱抗爆性能試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2013, 34(12): 69-76.

LI Guo-qiang, QU Hai-yan, YANG Tao-chun, et al. Experimental study of concrete-filled steel tubular columns under blast loading[J]. Journal of Building Structures, 2013, 34(12): 69-76.

[8] 謝建. 力和高溫共同作用下鋼管混凝土短柱性能分析[D]. 北京：清華大學(xué), 2008.

[9] 蔡紹懷. 現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(修訂版)[M]. 北京:中國(guó)交通出版社, 2007.

[10] Lie T T. Fire resistance of circular steel columns filled with bar-reinforced concrete [J]. Journal of Structural Engineering，1994, 120(5): 1489-1509.

[11] Han L H, Huo J. Concrete-filled hollow structural steel columns after exposure to ISO-834 fire standard [J]. Journal of Structural Engineering, 2003, 129(1): 68-78.

[12] 陳肇元,羅家謙,潘雪雯. 鋼管混凝土短柱作為防護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能[C].北京:清華大學(xué)出版社,1986:45-52.

[13] 馮紅波,趙均海,魏雪英,等. 爆炸荷載作用下鋼管混凝土柱的有限元分析[J]. 解放軍理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007, 8(6): 680-684.

FENG Hong-bo, ZHAO Jun-hai, WEI Xue-ying, et al. Finite element analysis for CFST columns under blast load[J]. Journal of PLA University of Science and Technology: Natural Science Edition, 2007, 8(6): 680-684.

[14] 薛建英,劉玉存,劉天生. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗爆性能的試驗(yàn)研究[J]. 中北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,32(6):786-790.

XUE Jian-ying, LIU Yu-cun, LIU Tian-sheng. Experimental study on antiknock performance of concrete filled steel tube [J]. Journal of North University of China: Natural Science Edition, 2011, 32(6): 786-790.

[15] 馮建文. 鋼管活性粉末混凝土柱的力學(xué)性能研究[D]. 北京: 清華大學(xué), 2008.

[16] 孟世強(qiáng),陳廣智,覃維祖. 鋼管活性粉末混凝土初步研究[J]. 混凝土與水泥制品, 2003(1): 6-8.

MENG Shi-qiang, CHEN Guang-zhi, QIN Wei-zu. A preliminary study on the reactive powder concrete filled steel tube[J]. China Concrete and Cement Products, 2003(1):6-8.

[17] 林震宇,吳炎海,沈祖炎. 圓鋼管活性粉末混凝土軸壓力學(xué)性能研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2005, 26(4): 52-57.

LIN Zhen-yu, WU Yan-hai, SHEN Zu-yan. Research on behavior of RPC filled circular steel tube column subjected to axial compression [J]. Journal of Building Structures, 2005, 26(4): 52-57.

[18] 吳炎海,姚良云. 圓鋼管RPC軸壓長(zhǎng)柱的受力性能試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2009, 39(增刊1): 821-823.

WU Yan-hai, YAO Liang-yun, Research on mechanical behavior of axially loaded circular steel tube filled RPC slender column [J]. Building Structures, 2009, 39(Sup1): 821-823.

[19] Ju Yang, Liu Hong-bin, Sheng Guo-hua, et al. Experimental study of dynamic mechanical properties of reactive powder concrete under high-strain-rate impacts[J]. Science China Technological Sciences, 2010, 53(9): 2435-2449.

[20] Tian Zhi-min, Wu Ping-an, Jia Jian-wei. Dynamic response of RPC-filled tubular columns with high load carrying capacity under axial impact loading[J]. Trans Tianjin Univer, 2008, 14: 441-449.

[21] 田志敏,吳平安,杜修力. 鋼管RPC短柱的抗軸向沖擊性能[J]. 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 36(4): 482-489.

TIAN Zhi-min, WU Ping-an, DU Xiu-li. Dynamic response of RPC-filled steel tubular columns under axial impact loading [J]. China Civil Engineering Journal，2010，36(4): 482-489.

[22] 吳波,李毅海. 軸向約束鋼筋混凝土柱火災(zāi)后剩余軸壓性能的試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2010, 43(4): 85-91.

WU Bo, LI Yi-hai. Experimental study of residual axial behavior of axially restrained reinforced concrete columns after fire[J]. China Civil Engineering Journal,2010,43(4):85-91.

[23] 霍靜思,任曉虎,肖巖. 標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用下鋼管混凝土短柱落錘動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2012,45(4): 9-20.

HUO Jing-si, REN Xiao-hu, XIAO Yan. Impact behavior of concrete-filled steel tubular stub columns underISO-834 standard fire[J].China Civil Engineering Journal,2012,45(4):9-20.

Tests for blast-resistant capacities of RPC filled steel tubular columns after exposure to fire

ZOU Hui-hui, CHEN Wan-xiang, GUO Zhi-kun, JIANG Meng, XIANG Heng-bo

(State Key Laboratory of Disaster Prevention & Mitigation of Explosion & Impact, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)

To investigate blast-resistant capacities of RPC filled steel tubular columns (RPC-FSTCs) after exposure to fire, time history curves of reflected overpressure of blast load and displacements and strains of specimens were obtained with field explosion tests of 4 large scale RPC-FSTC specimens. The influences of fire duration time and scale distance of charge on behaviors of RPC-FSTCs were also analyzed. It was shown that the RPC-FSTCs keep an excellent blast-resistant capacity after exposure to fire; RPC core column can be effectively constrained by steel tube under explosion load after the RPC-FSTCs are exposed to fire; the blast-resistant capacity of RPC-FSTCs decreases with increase in fire duration time; the RPC-FSTCs without fire exposure keep elastic state with a scale distance of 0.58 m/kg1/3. RPC-FSTCs with fire duration time of 60 min keep better deformable and shear resistance capabilities, but the flexure failure of specimens tends to the flexure-shear failure when the scale distance of 0.58 m/kg1/3decreases to the scale distance of 0.48 m/kg1/3; the deformable capacity of RPC-FSTCs with the fire duration time of 105 min decreases greatly, obvious plastic hinge are observed at the mid-span of RPC-FSTCs with the scale distance of 0.58 m/kg1/3; the maximum displacement and residual displacement of the mid-span increase by 0.4 times and 1.6 times, respectively compared with those of RPC-FSTCs with the fire duration time of 60 min; so, the fire duration time has a great influence on the blast-resistant capacity of RPC filled steel tubular columns after exposure to fire.

RPC filled steel tubular column; blast-resistant test; after fire; fire duration time; scale distance

10.13465/j.cnki.jvs.2016.13.001

國(guó)家自然科學(xué)基金(51378498;51578541;51321064);江蘇省自然科學(xué)基金(BK20141066)

2015-03-26修改稿收到日期：2015-06-01

鄒慧輝 男，碩士生，1993年生

陳萬祥 男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，1977年生

TU317.2

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