如何提升混凝土防爆结构的性能|延性|材料|水泥|混凝土|钢材|钢筋|防爆结构

演讲者：Charles Crane，USACE-ERDC 说明：当前的 ACI 爆炸效应混凝土结构设计报告 (PRC-370-14) 不包括有关新型钢材和混凝土材料的信息，例如高性能钢材（例如、MMFX 等）和超高性能混凝土。对本文件的拟议修订将引起人们对这些材料及其提供的可能性的关注。本演讲将介绍这些类别的材料，并重点介绍可带来显着优势的特性。这些包括高强度、高延展性和更大的剪切能力。该演讲还将强调当前知识差距，如果要在防护设计中充分利用这些材料，就必须探索这些知识差距。

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介绍
你说我是肯宁,我在陆军工程兵研究和发展中心工作。我今天的话题是探讨如何打开新型增强材料在抗爆设计中的应用大门。

概述
我计划先简单了解一下现有标准的局限性,介绍一下这些新材料,以及它们如何为未来设计带来潜在好处,实施过程中面临的障碍,以及我认为的解决路径。最后,我还想简单讨论一下UFC 3-340-01标准的更新,这是一个针对常规武器效应的硬化结构设计与分析的标准。

当前标准
不同标准对混凝土的强度限制不尽相同,从6000 psi到13000 psi不等,有时甚至在同一标准的不同章节也有差异。这给设计带来问题。而超高性能混凝土的强度可达30000 psi,甚至普通混凝土也能达18000-20000 psi。更重要的是,现有标准没有考虑纤维的影响,纤维可以显著增加混凝土的抗拉性能和延性。右侧的对比试验就很好地展示了这一点。

新材料
这些新材料不仅强度更高,而且还能使用大量纤料,从而获得很高的抗拉能力。测试结果显示,它们的直接拉伸强度能达到1.2-2.5 ksi,接近传统混凝土的压缩强度下限,这可以很好地利用于设计。此外,即使出现裂缝,它们也表现出很高的延性,这对抗爆设计很有益处。钢材方面,也有强度可达120 ksi的新型钢材,但对其高应变率下的行为还需进一步研究。

好处
使用这些新材料的主要好处是可显著减少所需钢筋,提高可建造性和降低劳动成本。高强钢也能进一步减少所需钢筋比例。但我们还需要进一步研究这种较宽间距钢筋的影响,以及一些高强钢材的延性是否降低。

为了真正发挥这些材料的延性优势,我们需要重新思考当前基于二战轰炸报告的变形限值。目前的限值过于保守,限制了这些材料的应用。随着变形能力的提高,结构还可能开始发生膜作用,这需要更深入的研究,了解其潜在的正负面影响。

此外,这些超高性能混凝土的耐久性也大大提高,抗盐渍渗透的能力可提高100倍,这对地下掩体很有帮助。减少保护层厚度也是一个经济激励因素。

实施障碍
主要障碍包括缺乏相关设计指南。ACI 239超高性能混凝土委员会正在解决这一问题,但仍需要更多针对动态载荷效应和结构响应限值的研究。

前进的道路

作为前进的道路,这确实是一个分层的方法。这只是我们能做的几件事情之一。

我认为,ACI 370的主要作用是教育。我这么说是因为我们有能力拥有一个开放的分发位置,来介绍一些关于新型材料的想法。通过这样做,我们可以在爆炸设计领域激发人们对这些材料应用的兴趣。我们可以通过disseminate新的研究和突出还需要进行的R&D来实现这一点。

另一个需要成为这条前进道路的部分是更新正在进行的PDCO 608。我们需要看看这些响应限制,看看是否可以获得更大的延性,是否可以允许这些新材料发挥更有效的作用。

最后,这可能最终需要更新UFC 3341。这是一份针对常规武器效应的强化结构设计与分析的文件,由美国政府拥有,具有有限发行。自1998年更新以来,我们已经与约翰·加林格等人共同努力了5-6年,现在终于获得了资金,接下来5年内将对这份文件进行重大修订。

我们希望通过这次修订实现以下目标:使用现代结构工程方法进行现代化;更新威胁;简化代码,增加参考文献,纠正错误;纳入过去25年的大量R&D成果。

这次修订将采用与UFC 33402相同的标准修改请求流程,任何人都可以提出修改建议。我们将根据这些建议更新内容的相关性、合理性和一致性。我们希望最终产出既有完整的UFC文件,又可以分阶段发布一些技术更新。

如果您对此有任何疑问,可以联系负责此项工作的约翰·加林格,他是驻omaha的美国陆军工程兵团防护设计中心的负责人。我们希望能与整个社区的人员合作完成这项工作。