考虑面力效应的HFR-LWC梁抗爆理论模型与试验验证

陈万祥，郭志昆，罗立胜，袁 鹏

(1.中山大学土木工程学院，广东，珠海519082；2.陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏，南京 210007；3.南方海洋科学与工程广东省实验室，广东，珠海519082)

近年来，恐怖袭击及生产(或生活)不慎引发的爆炸事故频发(如美国9.11恐怖袭击及国内的天津、昆山、响水等爆炸事故)，给国家安全和社会稳定构成严峻威胁。国内外学者[1-3]对各种新材料、新结构的抗爆性能进行了系列研究，并取得了丰硕的研究成果。作为一种简单实用方法，等效单自由度(Single-Degree-of-Freedom，SDOF)模型已被广泛用于工程结构抗爆动力分析，其抗力方程通常根据屈服线理论确定[4]。然而，由于端部约束作用，许多梁板构件的伸长及支座转动不是“自由”的，伴随结构变形将出现轴向力和弯矩的共同作用，即“面力效应”(Membrane Effect)[5]。已有试验结果表明[6]，面力效应显著改变了梁板构件的抗力和破坏模式，对评估结构大变形条件下的承载力是一个不可忽视的因素。遗憾的是，现有设计规范将面力贡献看作一种安全储备，或者笼统地将基于屈服线理论的极限抗力乘以1.5～2.0 进行考虑[7]。

为了揭示面力效应的作用机理，近年来国内外一些学者[6,8]对其进行了初步探索。在静力方面，郭志昆[7]进行了考虑面力作用的浅埋结构研究，在弹塑性理论方法基础上，结合试验成果建立一种简单实用且与试验结果及有限元分析结果吻合良好的静载抗力模型；陈力等[9-10]根据全量应变和增量应变塑性理论，提出了静载下钢筋混凝土梁面力效应理论模型，得到梁板结构跨中变形与承载力的显式计算公式，并对一系列边界受到约束的钢筋混凝土梁试件进行静力加载试验；……