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摘要：钢管混凝土结构以其承载力高、韧性好、施工方便、造价较低等特点，广泛应用于高层建筑、地下结构、大跨度工业厂房等工程建设中。当前，我国建设行业的快速发展，在钢管混凝土结构的应用中，如何提升其应用的安全性就成为人们应该重视的问题，为此，本文就针对钢管混凝土结构的抗爆性能展开探讨。
关键词：钢管混凝土；工程结构；抗爆性能
1.钢管混凝土结构的特点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中（如厂房和高层）。
2.钢管混凝土结构抗爆性能研究背景
2001年9月11日，美国纽约世贸中心双子大楼遭到恐怖分子劫持的飞机撞击，结构发生了整体性的倒塌，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，并且给社会造成了极为严重的影响。除了恐怖袭击活动外，还有很多生产和生活中以外引起的爆炸等等，都会造成人员的伤亡和财产的损失，如2011年1月14日，陕西省西安市某大厦一层餐饮商铺液化气罐繁盛泄漏引发爆炸，酿成10亡36伤的惨剧。
建筑结构在爆炸冲击荷载作用下受到损伤破坏，主要是建筑结构中的关键承力构建失效引起的。在建筑物中，钢管混凝土是将混凝土材料灌入约束钢管而形成的一种组合材料，钢管混凝土结构是一种高强、高性能材料的结构，更是一种具有高效施工技术的结构，因而在建筑工程中得到了较为广泛的应用，所以本文对钢管混凝土结构的抗爆性能进行研究。
3.钢管混凝土结构抗爆性能的试验分析
3.1试验方案
试件采用公称直径32mm，简支有效长度1m的钢管内填混凝土，根据钢管壁厚的不同分为BGH，ZGH，HGH等3种试件。采用套箍系数ξ作为综合表征钢管混凝土构件截面几何尺寸与材料力学性质的参数
式中：As为钢管的面积；Ac为混凝土的面积；fy为钢管的屈服强度；fck为混凝土标准立方体抗压强度。
试验用炸药采用TNT，药量分别为15，30，50g，药柱形状制作成直径与柱高近似相等的圆柱体。炸药悬挂在试件跨中的上方，距试件跨中距离为500mm，在试件中心点一侧与炸药等距离处放置冲击波压力传感器。
分别对3个不同壁厚构件的爆炸荷载冲击动力响应进行测定。试验所测参数包括构件跨中爆压时程曲线、各构件跨中底部的应变时程曲线及跨中挠度。测试系统采样率为40～500Hz，输出应变峰值为4000微应变；跨中挠度采用台式游标卡尺测定，试验前在构件表面沿轴向4等分点用钢针画出基准线，分别在试验前后对构件跨中测试点进行位移测量。
3.2试验结果及分析
对在3种不同药量的爆炸冲击作用下构件底部的动力响应进行了测量。根据测量结果显示在药量1即15gTNT爆炸冲击作用下，试件的应变在冲击波作用的瞬间达到峰值。此时瞬时应变值达1365～2013微应变，此应变值已超过钢构件在静力作用下的弹性极限，对于混凝土材料则远超过屈服应变，但由于峰值作用时间极短，仅有0。1ms左右，在构件的惯性被克服并有时间达到其极限挠度之前，荷载的幅值就显著减小，因此之后应变值很快下降并振荡衰减，几乎没有应变残值。在4ms左右时应变出现第二个峰值，是由于试验过程中3根钢管并列，相互间反射波的作用，且相对于第一个峰值，其数值很小，其影响可以忽略。比较3根不同壁厚构件的应变可以看出，BGH构件的应变峰值最大，并且达到峰值的时间最早；ZGH构件的应变峰值次之，HGH构件的应变峰值最小。
下图1为相同套箍系数、不同药量作用下构件的应变时程曲线。从曲线形状看，各药量下的应变时程曲线相似，说明荷载作用方式及构件的响应方式基本一致；从应变峰值看，在较大药量的作用下，构件的应变值也较大；从最大应变发生持续时间看，受较大药量作用的构件应变持续时间长。在药量3即50g炸药作用下，各构件底部的应变在受力瞬间即超过应变测量仪的量程，未能测得有效的应变时程曲线数值。
从试件表面看，除有可测量的极小挠度外，外表材质没有任何可见变化。将试验后构件从中点处剖开并对混凝土强度进行测试，结果表明在经受爆炸冲击作用后，混凝土抗压承载力已显著降低，但由于钢管与混凝土相互约束，混凝土处于三向受压状态，克服了其抗拉能力低的弱点，同时由于混凝土的作用，避免或延缓了钢管发生局部屈曲，增强了钢管的抗变形能力，因此钢管混凝土构件具有良好的延性和抵抗短暂作用爆炸荷载的能力。
结束语：总之，钢管混凝土因其折叠承载力高、延性好、耐腐蚀性能好等优越的性能，所以其在今后建设工程中必将应用得更为广泛，所以我们更要架起那个对钢管混凝土抗爆性能的研究，提升其安全度，进而最大程度上保障人们的生命财产安全。
参考文献
[1]李智斌，王宏伟，赵建魁，等.爆炸荷载下钢管混凝土结构动力响应的研究进展综述[J].广东建材.2017.
[2]何见乐.钢管混凝土结构构件抗爆炸冲击荷载特性研究[J].建筑工程技术与设计.2014.
论文作者:肖文深
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/8/20
标签：钢管论文; 应变论文; 构件论文; 混凝土论文; 峰值论文; 药量论文; 荷载论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;