趙啟明,石少卿,李 季,廖 瑜,崔廉明

(1.陸軍勤務(wù)學(xué)院 軍事設(shè)施系， 重慶 401331；2.中國人民解放軍95794部隊， 湖北 廣水 432701)

聚脲彈性體具有高彈性、高強度、高延性特點，其抗剪強度隨材料靜水壓力的提高而成比例增大，因而廣泛用于艦船、裝甲車輛及洞庫防護門等結(jié)構(gòu)的表面噴涂加固，并取得良好的實際運用效?，F(xiàn)階段聚脲涂覆層研究主要集中在高強延性材料及脆性材料的復(fù)合材料加固層領(lǐng)域。黃陽洋等[1]針對現(xiàn)有聚脲涂覆復(fù)合加固鋼或鋁制構(gòu)件在彈體沖擊、爆炸荷載作用下的結(jié)構(gòu)抗沖擊性能研究進行了歸納總結(jié)。Jiang等[2]針對不同涂覆面條件下聚脲彈性體加固鋼板開展了低速落錘沖擊試驗，研究了低速沖擊荷載下聚脲涂覆鋼板的吸能減振性能。Ackland等[3]開展了聚脲涂覆低碳方鋼板在爆炸荷載作用下的現(xiàn)場試驗，并通過AUTODYN軟件對試驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬驗證，試驗及模擬結(jié)果均表明相較于普通鋼板，聚脲涂覆鋼板的爆炸殘余變形較大，且殘余變形程度與聚脲涂層厚度成正相。關(guān)Remennikov[4]對比研究了聚脲加固于鋼板迎爆面和背爆面時的抗爆力學(xué)性能?，F(xiàn)場爆炸試驗發(fā)現(xiàn)：小爆距條件下，迎爆面采用6 mm厚聚脲涂層加固鋼板的峰值位移與未加固鋼板峰值位移相當(dāng)，且聚脲涂層中心區(qū)域在高溫爆轟產(chǎn)物作用下熔化，而背爆面聚脲加固層可減小被加固鋼板的整體變形。國內(nèi)方面，宋彬等[5]結(jié)合試驗及數(shù)值模擬研究了無夾層、聚脲彈性體夾層和橡膠夾層三種防爆罐在1.2 kg TNT爆炸載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)及抗爆性能，結(jié)果表明在相同爆炸載荷作用下， 無論變形或能量吸收方面， 聚脲彈性體夾層防爆罐都優(yōu)于無夾層防爆罐和橡膠夾層防爆罐。廖瑜等[6-7]提出了在傳統(tǒng)純聚脲加固層中添加編織玻璃纖維網(wǎng)格布的增強措施，并采用激波管對普通鋼板、背面涂覆純聚脲彈性體鋼板及聚脲編織玻璃纖維網(wǎng)格布加固鋼板進行了抗沖擊試驗，結(jié)果表明，編織玻璃纖維網(wǎng)格布可提升純聚脲加固層的加固性能,減小純聚脲加固鋼板整體變形和動能。趙宇峰等[8]針對復(fù)合殼體對炸藥抗破片沖擊起爆的防護問題，開展了低波阻抗鋼-聚脲復(fù)合殼體研究，結(jié)果表明將聚脲樹脂作為殼體內(nèi)襯(鋼-聚脲樹脂-鋼)可顯著提高殼體結(jié)構(gòu)吸能效果及抗爆炸破片沖擊性能。

在聚脲加固鋼筋混凝土構(gòu)件方面，Parniani等[9]發(fā)現(xiàn)聚脲彈性體可提升鋼筋混凝土梁的延展性和承載力;在準(zhǔn)靜態(tài)荷載作用下，當(dāng)鋼筋混凝土梁涂覆厚度分別為2.5 mm和 5 mm的聚脲涂層時，抗彎承載力相應(yīng)增加約9.2%和17.4%。Toutanji等[10]的研究同時表明聚脲涂層還可提升被加固試件的極限抗彎強度和斷裂韌性，減小結(jié)構(gòu)整體剛度，使結(jié)構(gòu)在失效前保持較大變形。蒲興富[11]采用LS-DYNA對聚脲噴涂翻新砌體結(jié)構(gòu)的抗爆性能進行了仿真模擬試驗，結(jié)果表明聚脲彈性體可延緩砌塊和砂漿界面開裂，限制裂紋的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的整體抗爆力學(xué)性能相應(yīng)得到提升。蔡桂杰[12]對聚脲加固鋼筋混凝土板進行了小當(dāng)量爆炸試驗，爆炸試驗結(jié)果表明：板背面涂覆一定厚度的聚脲彈性，可減小鋼筋混凝土板局部破壞，防止爆炸碎片飛散，提升被保護結(jié)構(gòu)局部的抗爆性能。張青艷等[13]對聚脲包覆柱形混凝土試件在800 J沖擊能量下的抗沖擊性能進行試驗研究，試驗結(jié)果表明：聚脲包覆混凝土試件發(fā)生多裂紋發(fā)展的整體破壞，而無包覆混凝土試件發(fā)生最大缺陷主導(dǎo)的剪切破壞，且聚脲包覆混凝土的能量吸收率遠(yuǎn)高于無包覆混凝土。石少卿等[14]將聚脲-編織玻纖網(wǎng)格復(fù)合層加固技術(shù)應(yīng)用在鋼筋混凝土構(gòu)件背面，對普通鋼筋混凝土板、純聚脲加固鋼筋混凝土板和聚脲-玻纖網(wǎng)格布加固鋼筋混凝土板進行了現(xiàn)場接觸爆炸試驗，并對比了不同聚脲加固技術(shù)的抗爆增強效果；試驗研究表明，玻纖編織網(wǎng)格布能夠有效提高聚脲彈性體的整體性以及抗斷裂性能，避免聚脲涂層發(fā)生沖切破壞。在數(shù)值模擬方面，Raman[15]采用非線性顯式有限元數(shù)值模擬軟件，對聚脲涂層加固鋼筋混凝土板的抗爆力學(xué)性能進行研究，其中TNT裝藥質(zhì)量為2 kg、爆距為1.6 m。數(shù)值模擬結(jié)果表明，聚脲加固技術(shù)在提升被加固鋼筋混凝土板的位移控制和能量耗散方面具有較大作用。

結(jié)合以上研究現(xiàn)狀可以看出，聚脲涂覆層對鋼筋混凝土構(gòu)件的加固效果主要體現(xiàn)在包覆混凝土碎片飛散、間接降低混凝土局部拉裂縫開展兩方面。然而，由于聚脲涂層剛度遠(yuǎn)小于混凝土，在爆炸荷載下純聚脲加固層對于提高構(gòu)件整體剛度的作用有限?；诖?，提出了聚脲鋼板復(fù)合層加固技術(shù)，并與3種典型純聚脲涂層加固鋼筋混凝土板(RC板，下文同)進行了抗爆性能對比分析。對不同爆源條件下聚脲鋼板復(fù)合加固層降低RC板跨中動態(tài)響應(yīng)峰值位移的有效性進行了分析比較，探討了采用聚脲鋼板復(fù)合層加固鋼筋混凝土構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)整體抗爆性能方面的可行性，為改進現(xiàn)階段聚脲涂覆加固方法提供了思路。

1 純聚脲加固鋼筋混凝土板爆炸試驗研究

1.1 試件制作及試驗設(shè)計

RC板長100 cm，寬60 cm，厚6 cm。混凝土選用C40級混凝土，其軸心抗壓強度平均值fc,m=41.2 MPa。鋼筋采用直徑10 mm的HPB300熱軋光圓鋼筋，屈服強度300 MPa，極限抗拉強度400 MPa。鋼筋雙向布置于混凝土板中性軸面內(nèi)，鋼筋間距100 mm。RC板的平面尺寸及配筋如圖1所示。本次試驗制作了兩塊構(gòu)造參數(shù)相同但聚脲加固層不同的RC板試件1和試件2。試件1為普通RC板；試件2在RC板背面涂覆6 mm聚脲加固涂層。試件2的施工工藝如下：首先制作RC板并進行養(yǎng)護；隨后在混凝土表面涂刷雙組份改性環(huán)氧聚氨酯底漆，并固化24 h；最后循環(huán)往復(fù)均勻噴涂聚脲彈性體(簡寫為PU，下文同)至6 mm厚度。

圖1 鋼筋混凝土板平面尺寸及配筋示意圖

在爆炸試驗過程中，鋼筋混凝土試件放置于由槽鋼和方形空心鋼管焊接而成的試驗臺上，試驗臺整體尺寸為1 000 mm×1 000 mm×300 mm。利用規(guī)格為50 mm×50 mm的角鋼和F夾所產(chǎn)生的預(yù)緊力實現(xiàn)對試件長邊兩端固定。炸藥鉛直懸掛于炸藥底面距離試件表面幾何中心約15 cm處。加速度傳感器采用TST324 A003型壓電式加速度傳感器，傳感器安裝于試件跨中中軸面處，數(shù)據(jù)采集采用TST5912動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為防止加速度傳感器在測試過程中脫落和混凝土爆炸碎片對傳感器造成損傷，加速度傳感器安裝于由上/下表面固定塊和M5螺栓組成的防脫落裝置上，如圖2所示。爆炸試驗的炸藥TNT當(dāng)量控制在189 g左右。炸藥采用長徑比為1∶1的柱形熔鑄TNT炸藥，其中炸藥直徑為5.2 cm、高度為5.2 cm。由于TNT炸藥相對比較鈍感，為確保炸藥的完全起爆，采用質(zhì)量為10 g的高能黑索金炸藥(RDX)作為傳爆藥柱。

圖2 爆炸試驗裝置

1.2 試驗現(xiàn)象

圖3給出了爆炸試驗后普通RC板和6 mm純聚脲涂覆加固RC板的背面損傷情況。由圖3可以看出，試件1在爆炸荷載作用下，板背爆面跨中位置處發(fā)生了較嚴(yán)重的混凝土脫落，且在中心剝落處呈放射狀形成混凝土裂縫。這是由于混凝土內(nèi)壓縮波傳播到空氣界面時出現(xiàn)界面反射，產(chǎn)生了反向拉伸應(yīng)力波導(dǎo)致板底中心處混凝土受拉破壞。試件2在爆炸荷載作用下，板背面聚脲彈性體雖發(fā)生受拉變形但未發(fā)生明顯斷裂破壞。由于試件2背面涂覆聚脲彈性層，無法直接觀測板背混凝土的實際受拉開裂情況，有必要采用數(shù)值模擬手段對純聚脲加固混凝土板(試件2)背爆面混凝土開裂情況進行分析；同時結(jié)合試驗實測跨中響應(yīng)對數(shù)值模擬的正確性進行驗證。

圖3 板背爆炸試驗損傷情況示意圖

1.3 數(shù)值模擬分析及正確性驗證

1.3.1材料本構(gòu)參數(shù)

在LS-DYNA中采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN材料模型表示TNT炸藥的本構(gòu)模型，*EOS_JWL狀態(tài)方程(式(1))用于模擬TNT爆轟波陣面壓力與初始相對體積V0、單位體積內(nèi)能E0的關(guān)系。炸藥爆轟時各TNT單元的點火時間由單元形心至起爆點距離及爆速確定。炸藥材料及狀態(tài)方程的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示?？諝饽Ｐ秃喕癁榉钦承岳硐霘怏w，沖擊波的膨脹假設(shè)為絕熱過程，空氣本構(gòu)模型采用9號材料*MAT_NULL，沖擊波壓力與空氣初始內(nèi)能密度的關(guān)系由線性多項式狀態(tài)方程*EOS_LINEAR_POLY NOMIAL 描述，如式(2)所示：

(1)

Pa=C0+C1μ+C2μ2+C3μ3+(C4+C5μ+C6μ2)Ea0

(2)

式(2)中：Pa為空氣沖擊波壓力；Ea0表示初始單位體積內(nèi)能; 參數(shù)C0=C1=C2=C3=C6=0，C4=C5=γ-1?？諝獾牟牧媳緲?gòu)及狀態(tài)方程參數(shù)如表2所示。

表1 TNT炸藥材料材料及JWL方程參數(shù)

表2 空氣材料及狀態(tài)方程參數(shù)

C40混凝土材料采用*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL 3局部損傷模型描述，材料密度ρc=2.45 g/cm3，準(zhǔn)靜態(tài)條件混凝土單軸峰值壓應(yīng)力σc=41.2 MPa。材料強度的應(yīng)變率效應(yīng)由應(yīng)變率-DIF曲線描述?；炷敛牧系膲毫?體應(yīng)變關(guān)系由*EOS_TABULATED_COMPACTION狀態(tài)方程給定。PU聚脲彈性體材料在準(zhǔn)靜態(tài)和爆炸沖擊等高加載速率荷載情況下的力學(xué)性能有較大差異。為進一步確定試驗中聚脲材料的力學(xué)性能參數(shù)，在INSTRON-3365萬能試驗機上對不同應(yīng)變率條件下PU材料的單調(diào)拉伸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。圖4繪出了五種不同名義應(yīng)變率工況下的PU材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，在相同應(yīng)變率條件下，聚脲材料具有明顯的彈塑性硬化特征：當(dāng)應(yīng)變ε<0.2，材料處于線性非線性彈性階段；當(dāng)ε≥0.2，聚脲材料進入屈服階段，且隨著拉應(yīng)變的增大，材料拉應(yīng)力進入線性強化階段，直到材料斷裂。同時，縱向?qū)Ρ炔煌虞d速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以看出，聚脲材料的本構(gòu)參數(shù)具有明顯的應(yīng)變率相關(guān)性：在彈性階段，材料的彈性模量與加載速率水平相關(guān)，且隨著應(yīng)變率的提高，彈性模量及屈服強度逐漸增大；在塑性強化階段，材料的斷裂應(yīng)力與應(yīng)變率成正相關(guān)關(guān)系，而在試驗應(yīng)變率范圍內(nèi)材料硬化剛度的變化并不明顯。聚脲材料的準(zhǔn)靜態(tài)彈塑性硬化曲線選用*MAT_PIECE WISE_LINEAR_PLA STICITY分段模型。采用Cowper-Symonds模型定義動態(tài)強度增大系數(shù)DIF定量描述材料的應(yīng)變率相關(guān)性。聚脲材料的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)見表3。

圖4 不同應(yīng)變率下PU應(yīng)力-應(yīng)變曲線

表3 聚脲彈性體準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能參數(shù)

1.3.2模型及邊界條件

考慮板構(gòu)件及空氣計算域具有對稱性，在數(shù)值計算中建立1/4有限元對稱模型。整個模型由RC板、聚脲加固層、固定角鋼及鋼支座、TNT炸藥以及空氣域共六部分組成，如圖5所示。柱形TNT炸藥底面平行于鋼混板迎爆面，且與板迎爆面垂直距離15 cm。柱形炸藥采用點起爆方式，起爆點位于TNT炸藥上表面圓心處?？諝庥?/4模型長55 cm、寬35 cm、高45 cm，除在板兩對稱面上設(shè)置有對稱邊界約束外，其余各邊界面均為無反射邊界條件，以模擬地面上無限空氣域中的計算結(jié)果。RC板的兩長邊由規(guī)格為50 mm×50 mm的角鋼和F夾所產(chǎn)生的預(yù)緊力實現(xiàn)固定。炸藥采用Euler網(wǎng)格，使用多物質(zhì)ALE算法；鋼筋混凝土、聚脲加固層及支座角鋼均采用Lagrange網(wǎng)格建模，利用*CONS TRAINED_LAGRANG_IN_SOLID對空氣域與聚脲加固鋼混板及支座之間各方向節(jié)點速度及加速度進行約束耦合。鋼筋與混凝土、加固層與鋼混板之間通過共節(jié)點方法考慮相互耦合作用。加固層與支座間、混凝土與角鋼間的接觸設(shè)置為自動面面接觸算法，靜摩擦因數(shù)和動摩擦因數(shù)均為0.3。

圖5 1/4有限元模型示意圖

1.3.3計算結(jié)果及模型正確性驗證

圖6給出了數(shù)值模擬得到RC板跨中中性面處加速度時程曲線，并與試驗實測加速度結(jié)果進行了對比。由圖6中數(shù)值計算結(jié)果及爆炸試驗數(shù)據(jù)可以看出，數(shù)值計算結(jié)果較好地捕捉到了實際構(gòu)件在爆炸試驗過程中動態(tài)響應(yīng)的震蕩趨勢及變化特征，且在正/反向加速度峰值特征點處捕捉性能相對較好。考慮到爆炸荷載作用下試件內(nèi)部混凝土微裂紋發(fā)展并擴散導(dǎo)致跨中加速度傳感器與混凝土接觸面出現(xiàn)輕微松動以及傳感器自身振動的影響，實測動態(tài)加速度響應(yīng)的特征點到達時間早于數(shù)值計算結(jié)果。

圖6 試驗與數(shù)值模擬加速度時程曲線

圖7(a)、圖7(b)分別給出了試件1和試件2背爆面混凝土最終變形及損傷情況。對比圖3可以看出，數(shù)值計算模型較為準(zhǔn)確地體現(xiàn)了試件1實測背爆面跨中混凝土受拉脫落情況且對于實際爆炸荷載作用下普通RC板背放射狀拉裂縫擴展的擬合度較高。數(shù)值計算模型能夠較準(zhǔn)確的反映鋼筋混凝土試件的實際損傷及破壞情況。同時由圖7(b)可以看出，6 mm聚脲涂層的涂覆加固一定程度上降低了未加固試件1板背由中心向板邊緣方向的混凝土裂縫開裂擴展，表明聚脲彈性體在包覆混凝土碎裂并間接降低混凝土開裂方面有一定作用。圖8繪出了兩組試件在板跨中位置中性面厚度處鋼筋節(jié)點的動態(tài)位移響應(yīng)時程曲線。由圖可知，起爆后沿沖擊波傳播方向試件1和試件2的正向位移響應(yīng)峰值分別為6.38 mm和6.61 mm。相較于普通RC板，純聚脲加固層對于板位移響應(yīng)峰值的削減率僅為7.4%，表明純聚脲涂層對于提高沖擊荷載方向板的抗爆剛度效果有限。這是由于聚脲彈性體的彈性模量遠(yuǎn)低于普通結(jié)構(gòu)材料，構(gòu)件整體剛度沒有得到提高，從而導(dǎo)致起爆后正向位移響應(yīng)區(qū)別不大。

圖7 試件1、2板背混凝土最終變形及損傷情況

圖8 試件1和試件2跨中位移時程曲線

綜上所述，采用聚脲彈性體涂覆RC板包覆混凝土破碎并間接降低混凝土開裂方面有一定作用，但對鋼筋混凝土構(gòu)件的抗爆剛度沒有明顯的提升作用。如何在利用聚脲涂層降低混凝土裂縫擴展的同時提高鋼筋混凝土構(gòu)件整體抗爆剛度、降低構(gòu)件在沖擊波方向的最大變形，是目前鋼筋混凝土構(gòu)件抗爆防護研究中亟待解決的問題。

2 聚脲鋼板復(fù)合層加固鋼筋混凝土板抗爆性能對比研究

基于前節(jié)爆炸試驗及數(shù)值模擬結(jié)論，提出了聚脲鋼板復(fù)合加固層以同時提高鋼筋混凝土構(gòu)件在爆炸沖擊荷載作用下的延性和整體剛度。本節(jié)將聚脲鋼板復(fù)合加固RC板作為研究對象試件3，對比研究了相同加固層厚度條件下，試件3與未加固普通試件1、純聚脲加固試件2在抗爆性能方面的差異。為充分對比樣本，另設(shè)12 mm純聚脲涂覆RC板(試件4)作為對比組。試件3在普通RC板背面涂覆12 mm純聚脲彈性體；試件4在普通RC板背涂覆5 mm純聚脲層和1 mm Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼板?？紤]到現(xiàn)場爆炸試驗可重復(fù)性差、費用昂貴及安全性低等問題，本節(jié)在前述數(shù)值模型正確性驗證的基礎(chǔ)上，通過LS-DYNA軟件建立有限元模型以進行構(gòu)件抗爆性能分析。Q235鋼板采用考慮材料大變形、高應(yīng)變率條件的Johnson-Cook材料模型，并通過Gruneisen狀態(tài)方程定義材料中的壓力-體積關(guān)系。鋼材密度ρs=7.88 g/cm3，剪切模量77 GPa。材料準(zhǔn)靜態(tài)屈服強度As=229 MPa，硬化剛度Bs=439 MPa。材料應(yīng)變率敏感度C=0.1，溫度影響系數(shù)mt=0.55。

圖9分別給出了試件3、試件4在爆炸荷載作用下RC板背面的損傷破壞情況。結(jié)合圖7、圖9可以看出，試件1～3板背爆面均發(fā)生了不同程度的混凝土拉裂破壞，其中試件1板背混凝土損傷破壞情況最嚴(yán)重，其余試件的板背中心破壞情況則以試件2、試件3、試件4的順序依次減弱。

圖10給出了4種典型聚脲加固RC板試件的跨中節(jié)點鋼筋位移時程曲線。結(jié)合圖10時程曲線，表4給出了經(jīng)聚脲涂層加固的3類試件相對于未加固鋼混板試件1峰值位移的削弱情況。

表4 四類聚脲加固鋼混板試件正/負(fù)向位移響應(yīng)峰值

可以看出，相對于RC板試件1，聚脲加固試件對豎向最大位移的削弱效果由弱到強依次為試件2、試件3、試件4，跨中正向峰值位移分別減小了7.4%、9.5%和36.5%。同時可以發(fā)現(xiàn)，試件1和試件2跨中位移峰值僅降低10%以內(nèi)，表明純聚脲加固層對于提升結(jié)構(gòu)抗爆性能的效果有限。對比試件2和試件3的時程曲線及峰值位移可以看出，相比厚度6 mm聚脲涂層鋼混板而言，雙層12 mm聚脲涂層鋼混板跨中正向峰值位移僅降低了2.1%，表明聚脲涂層厚度對于加固性能的影響較小。這主要是由于PU彈性體的作用主要體現(xiàn)在提升RC板的延展性方面，但其剛度遠(yuǎn)小于RC板，因此加固層對峰值位移的削弱效果較差。相較而言，采用單層5 mm聚脲與1 mm Q235鋼板的復(fù)合加固形式時(即試件4)，由于鋼板的存在，加固層剛度得到了較大提升，能夠有效降低爆炸沖擊作用下混凝土的跨中峰值位移，且相比于相同厚度聚脲涂層試件2，試件4的板跨中正/負(fù)向峰值位移分別降低了31.5%和29.7%，表明聚脲鋼板復(fù)合加固層對于提高鋼混板抗爆性能具有顯著作用。同時，對比圖10中不同試件的位移時程曲線可以發(fā)現(xiàn)，與未加固RC板(試件1)相比，其余三類試件位移時程穿越0軸的震蕩次數(shù)明顯增多。這是由于在沖擊振動過程中普通RC板背爆面混凝土逐漸發(fā)生受拉脫落，導(dǎo)致板跨中橫截面中性軸逐漸上移，慣性矩逐漸減小并使得試件1剛度及頻率逐漸降低。而試件2和試件3由于純聚脲彈性體涂覆作用包覆了混凝土破碎散落，間接降低了局部混凝土裂縫開展和脫落。同時可以看出試件4的位移振動頻率在四類試件中最高，表明采用聚脲鋼板加固方式能夠有效提升RC板的整體剛度，體現(xiàn)了聚脲鋼板復(fù)合加固層在抗爆加固方面的顯著優(yōu)勢綜合以上分析可知，在相同爆源條件下，聚脲鋼板復(fù)合層能夠有效提高RC板整體剛度，其抗爆加固效果優(yōu)于純聚脲加固層。

3 不同爆源條件下聚脲鋼板復(fù)合加固鋼筋混凝土板抗爆性能分析

為分析爆源條件對聚脲鋼板復(fù)合加固層性能的影響，取試件2及4作為研究對象，對比0.63 m/kg1/3、0.32 m/kg1/3和0.16 m/kg1/3三種不同比例爆距情況下RC板試件的抗爆性能差異。圖11、圖12分別繪出了3種不同比例爆距下，試件2和試件4的塑性變形及板背損傷破壞情況?？梢钥闯觯诒壤嚯x0.63 m/kg1/3的遠(yuǎn)場爆炸情況下，試件2和試件4均未出現(xiàn)混凝土破壞情況，RC板均具有較好的整體性及抗爆性能。隨著比例爆距降低至0.32 m/kg1/3，純聚脲加固層RC板背中心區(qū)域首先發(fā)生破壞并發(fā)生混凝土碎片脫落，伴隨著中心區(qū)域周邊混凝土受拉裂縫逐漸擴展以及試件邊緣混凝土脫落；而對于試件4，鋼混板背部中心區(qū)域僅出現(xiàn)沿短邊方向擴展的微裂縫，鋼混板試件整體并未發(fā)生混凝土脫落及嚴(yán)重破壞。當(dāng)比例爆距減小至0.16 m/kg1/3時，試件2與試件4背爆面中心區(qū)域混凝土均發(fā)生散落，周圍出現(xiàn)混凝土層狀脫落。其中純聚脲加固試件2在爆炸荷載作用下，板背層狀脫落沿板短邊方向與板邊緣匯合，形成邊緣混凝土的貫穿破壞以及塊狀脫落。此時該鋼筋混凝土雙向板近似于從跨中沿短邊方向折斷，整個板已喪失全部承載能力并退化為剛體運動機構(gòu)；在同爆源情況下，聚脲鋼板復(fù)合層加固RC板背雖然同樣出現(xiàn)中心散落及層狀脫落現(xiàn)象，但由于聚脲鋼板復(fù)合層的包覆支撐，混凝土層狀脫落厚度遠(yuǎn)小于試件2，且板邊緣部位僅出現(xiàn)混凝土局部開裂破壞，并未產(chǎn)生邊緣混凝土貫穿脫落現(xiàn)象。整個RC板仍具有一定的完整性。

圖11 試件2背爆面塑性變形及損傷破壞情況

圖12 試件4背爆面塑性變形及損傷破壞情況

表5給出了3種爆源條件下RC板的正/負(fù)向位移響應(yīng)峰值?？梢钥闯觯煌壤嘞略嚰?的跨中動態(tài)位移響應(yīng)峰值均小于試件4，表明聚脲鋼板復(fù)合層的抗爆加固效果要明顯優(yōu)于純聚脲加固層；在比例爆距0.63 m/kg1/3情況下，試件2和試件4的負(fù)向位移響應(yīng)峰值十分接近，表明較大比例爆距情況下聚脲鋼板復(fù)合層對于爆炸作用下跨中反向振動的衰減效果有限。隨著比例爆距降至0.32 m/kg1/3，兩種試件正/負(fù)跨中位移響應(yīng)峰值的差別逐漸擴大。0.63 m/kg1/3、0.36 m/kg1/3和0.17 m/kg1/3三種比例爆距情況下，聚脲鋼板加固層相對于純聚脲加固層的正/負(fù)向峰值位移衰減效果分別提高了23.2%/0.7%、24.8%/55.9%、17.8%；可以看出在中等比例爆距情況下聚脲鋼板加固層的抗爆加固性能對比純聚脲加固層有較大優(yōu)勢。

表5 不同爆源條件下鋼筋混凝土板試件正/負(fù)向位移響應(yīng)峰值

綜合本節(jié)分析可以看出，同類型聚脲加固鋼筋混凝土試件的抗爆防護性能與爆源參數(shù)有著密切相關(guān)性；隨著比例爆距的減小，伴隨著RC板試件背面逐漸產(chǎn)生混凝土受拉裂縫和脫落情況，鋼混板試件的抗爆性能水平逐漸降低、板跨中動態(tài)響應(yīng)逐漸增大?？v向?qū)Ρ炔煌愋途垭寮庸啼摶煸嚰目贡阅芸梢钥闯觯槍Σ煌礂l件，在相同加固層厚度情況下采用聚脲鋼板復(fù)合層的抗爆加固效果均明顯好于純聚脲彈性體加固層。聚脲鋼板復(fù)合加固層可作為對現(xiàn)階段聚脲材料加固技術(shù)的改進形式從而開展深入研究。

4 結(jié)論

本文采用數(shù)值模擬與爆炸試驗相結(jié)合的方法，對四類典型聚脲加固形式下RC板的抗爆性能和動力響應(yīng)進行了研究；重點對比了聚脲鋼板復(fù)合加固層與其他純聚脲加固層對于提升RC板抗爆炸沖擊效果的差異；最后討論了不同爆源條件對于聚脲鋼板復(fù)合加固層和純聚脲加固層抗爆效果的影響，為今后進一步開展聚脲加固RC板抗爆試驗及易損性研究奠定了數(shù)值模擬基礎(chǔ)。主要研究成果包括：

純聚脲涂層對RC板的抗爆加固作用主要體現(xiàn)在包覆混凝土碎裂、間接降低背爆面混凝土拉裂縫的開展，但對整體抗爆剛度的提升效果不明顯，單純增大聚脲涂覆厚度對于降低RC板跨中動態(tài)響應(yīng)峰值位移的效果有限。

采用聚脲鋼板復(fù)合層加固RC板能夠在包覆背爆面混凝土開裂破碎的同時提高構(gòu)件的整體剛度，有效增強RC板的抗爆性能。

相同加固層厚度情況下，在各類爆源條件下聚脲鋼板復(fù)合層的抗爆加固效果均優(yōu)于純聚脲加固層；聚脲鋼板復(fù)合加固層作為現(xiàn)階段聚脲涂覆加固的優(yōu)化改進形式，有待開展進一步的試驗研究。