典型地鐵車站柱在爆炸荷載作用下損傷評估方法研究

閆秋實, 杜修力

(北京工業大學 工程抗震與結構診治實驗室，北京 100022)

典型地鐵車站柱在爆炸荷載作用下損傷評估方法研究

閆秋實, 杜修力

(北京工業大學 工程抗震與結構診治實驗室，北京 100022)

隨著恐怖爆炸襲擊威脅增加，地鐵內部發生爆炸概率增大。地鐵車站柱作為主要承載構件，當其遭受近距離爆炸荷載作用后，需要對其進行爆炸荷載作用下的損傷評估，評價其損傷等級進而進行整體結構安全性鑒定。利用有限元分析方法，建立“炸藥-空氣-混凝土柱”耦合分析模型，通過已有試驗驗證了模型適用性。提出了基于承載能力的地鐵車站柱的損傷評估方法，將地鐵車站柱損傷破壞分為不同損傷等級，對典型地鐵車站柱在不同炸藥作用下的損傷進行了評估。利用耦合計算模型和評估方法，可以實現對鋼筋混凝土地鐵車站柱在近距離內爆炸荷載作用下的損傷評價和抗爆設計。

內爆炸；沖擊波；地鐵車站；鋼筋混凝土柱; 損傷評估

在全球恐怖襲擊日漸猖獗的今天，地鐵系統作為大城市重要的公共交通設施，被列為恐怖襲擊具有很高風險的目標之一[1-3]。莫斯科、巴黎、倫敦都發生過大規模的地鐵爆炸恐怖襲擊事件，如2005年7月7日倫敦地鐵爆炸案，造成56人死亡、700多人受傷。我國目前正處在地鐵建設高峰時期，包括北京、上海、廣州、沈陽等大城市城市已經開通地鐵并繼續大規模發展。地鐵在我國的城市交通中占有重要地位，乘車人流量較大，一旦發生恐怖爆炸襲擊等意外事件，將造成不可估量的損失。我國在地鐵結構應對爆炸恐怖襲擊的防護技術研究僅限于對國外研究成果的總結和發展，因此需要開展相關的研究工作，在地鐵結構內爆炸動力反應及損傷破壞情況等方面有實質性的突破。

柱是地鐵車站結構主要的承重構件，內爆炸荷載作用下的鋼筋混凝土會發生損傷，研究其在內爆炸荷載作用下損傷及破壞，對地鐵遭受恐怖襲擊后的構件損失評估具有重要意義。師燕超等[4-8]對地上結構鋼筋混凝土柱進行了一系列研究；在試驗研究方面，MORRILL等[9-10]進行了一系列關于鋼筋混凝土柱的野外現場爆炸等比例的原型試驗，獲得大量的野外原型實驗數據；WOODSON等[11]做了鋼筋混凝土縮尺框架結構遭受爆炸荷載野外試驗，試驗模型是1/4縮尺的兩層框架結構，進行了四次爆炸試驗；吳成清等也做了一系列鋼筋混凝土柱的現場爆炸試驗，但是部分數據沒有公開發表。在數值模擬方面，都浩[12]研究了混凝土強度、軸壓比、柱截面高度、縱向配筋率和箍筋間距對鋼筋混凝土柱抗爆性能的影響；師燕超等[13]對鋼筋混凝土柱在爆炸荷載作用下反應進行了參數分析。目前研究成果大部分都是針對地上混凝土柱，但是針對地下結構混凝土柱的研究較少。地鐵結構發生內爆炸，爆炸波在結構內部發生反射，增強了爆炸波高壓峰值和作用時間，同時在柱附件發生繞流現象，造成柱附近爆炸波流場分布復雜。本文建立了“炸藥-空氣-混凝土柱”耦合計算模型，提出了一種基于數值計算的典型地鐵車站柱的內爆炸損傷評價方法，為地鐵車站結構抗爆設計和損傷評價提供了參考。

1 “炸藥-空氣-混凝土柱”耦合模型建立

1.1 爆炸荷載施加方式

目前國內外對內爆炸結構相應的研究，大部分采用經驗公式方法，將爆炸荷載簡化成標準荷載曲線進行直接施加在構件表面，對構件在內爆炸荷載作用下相應進行分析計算。這樣簡化的計算方法不足之處是：一是經驗公式多數在自由場推導，并且計算的反射超壓是在無限域平面產生的反射結果；二是內爆炸荷載曲線在結構內部進行多次反射，會產生多個反射超壓峰值，自由場經驗公式無法進行模擬。所以采用經驗公式法只適合于研究自由大氣爆炸波對截面較大構件(墻和板)的分析計算。

對于鋼筋混凝土柱在爆炸荷載作用下的響應分析，特別是在近距離爆炸情況下，爆炸波會在柱周圍產生“繞射”現象。本文建立了“炸藥-空氣-混凝土柱”耦合分析模型，能夠模擬爆炸波在封閉空間傳播，在柱表面發生反射和繞射現象，并且能模擬爆炸波與柱相互耦合作用。

1.2 材料本構模型及參數

在LS-DYNA程序中，炸藥用高爆炸藥材料來模擬，該材料利用炸藥材料的爆轟速度、CJ(Chapman-Jouguet)面壓力等材料性質[14]，聯合JWL狀態方程，來確定一定當量炸藥爆炸在周圍介質中形成的爆炸沖擊波壓力。本文采用TNT方形裝藥，其密度ρ0=1 600 kg/m3, 爆轟波速D=7 000 m/s,PCJ=2.55×1010Pa；JWL方程中A=5.40×1011Pa,B=9.37×109Pa,R1=4.5,R2=1.1,ω=0.25,e0=8.00×109Pa。空氣采用空材料和EOS狀態方程模擬，其中ρ0=1.29 kg/m3,C0=-1,C4=C5=0.4。

混凝土本構采用Mat_Concrete_Damage_REL13損傷本構模型，包括初始屈服面、極限強度面和殘余強度面，可以模擬后繼屈服面在初始屈服面和極限屈服面之間以及軟化面在極限強度面和殘余強度面之間的變化。MALVAR等[16-17]通過數值模擬與試驗對比，表明其本構模型可以很好模擬混凝土在沖擊荷載下的單向、雙向、三向受力特性。混凝土在快速加載情況下，其材料強度會增大，即在數值計算中要考慮材料變形應變率的影響。一般材料的應變率效應是通過動力增大系數來考慮，動力增大系數DIF是材料動強度與其靜態強度之比，其大小與應變率相關。本文采用MALVAR等[17]提出的應變率增大系數來考慮混凝土的應變率的影響，其動力增大系數DIF計算規定如下：

混凝土受壓：

(1)

(2)

混凝土受拉：

(3)

(4)

圖1 鋼筋本構模型Fig.1Constitutive model of reinforced

1.3 有限元模型驗證

WOODSON等[11]做了鋼筋混凝土框架結構遭受爆炸荷載野外試驗，模型是1/4縮尺的兩層框架結構，本文選取框架試驗的中柱試驗結果作為驗證。

試驗框架如圖2所示，試驗柱是位于框架結構一層中間，截面尺寸和配筋相對較小，框架結構兩側柱則具有較高的配筋率和截面尺寸，以保證邊跨在沖擊荷載下發生的較小的變形，試驗柱和邊柱的尺寸及配筋情況如表1所示。圖3是現場試驗照片，柱頂施加質量配塊用來給試驗柱施加一定軸向荷載。試驗中采用7.1 kg的C4炸藥，距離地面高度為0.229 m，距離試驗框架水平距離為1.07 m。由于使用1/4縮尺模型，試驗中采用電線絲模擬框架中鋼筋，采用復合材料來模擬混凝土。試驗中所對應的混凝土和鋼筋材料參數屬性如表3所示。

圖2 結構示意圖Fig.2 structure diagram

圖3 試驗現場圖片Fig.3 Test picture

柱寬/mm柱深/mm柱高/mm箍筋縱筋保護層/mm中柱8585900Φ1.6@1008Φ3.28.5邊柱4006004600Φ10@2008Φ2025

表2 爆炸荷載性質

表3 材料屬性

試驗采用的是框架結構，但是其主要研究的目標是爆炸荷載作用對目標柱的沖擊作用。因此有限元模型并不建立整體框架模型，而只針對試驗柱進行建模計算。圖4是采用本文提出的“炸藥-空氣-結構”相互作用建立的耦合模型(由于炸藥在對稱位置擺放，考慮模型對稱性，使用對稱模型建模)，由炸藥、空氣、柱、基礎、樓板組成，其中樓板的目的是考慮樓板對柱的約束作用，基礎底部設置為固定邊界，基礎側面約束其水平位移。柱中鋼筋和混凝土采用分離式建模，鋼筋與混凝土之間的連接通過共用節點方式，這樣假設雖然會造成一定的誤差，但是會極大程度減少計算的復雜性和計算時間。

圖4 有限元模型Fig.4 Finite element model

計算過程涉及到柱初始應力的施加、爆炸荷載的施加，屬于靜載和動載聯合作用問題，因此需要按照一定順序進行計算，如圖5所示，其計算步驟如下：①首先在柱頂施加初始應力，初始應力按照線性增加到最大值，然后在整個計算中保持軸壓比不變，為了不引起結構較大振動，需要在一定時間內逐步施加；②當對柱完成應力初始化之后，通過炸藥-空氣-結構互相耦合作用對柱進行施加爆炸沖擊荷載。

圖5 荷載施加過程示意圖Fig.5 Process of load applying

圖6給出了數值模擬結果與試驗曲線、Woodson計算結果的時程曲線對比，從圖上可以看出，本文采用的數值模擬方法計算結果要好于Woodson計算結果，計算結果與試驗結果較為相近，但是也存在一定誤差，其誤差產生的原因有：①材料模型誤差，由于試驗采用電絲線作鋼筋，采用復合材料做鋼筋混凝土，這與數值計算中采用的鋼筋、混凝土本身就存在誤差；②鋼筋混凝土柱中鋼筋與混凝土之間共用節點假設帶來的誤差，由于本文采用共用節點方法不考慮鋼筋與混凝土之間黏結滑移，可能使結構偏于剛性，從而帶來一定誤差；③由于數值計算采用的應變率效應是材料應變率效應增大系數，而實際構件的應變率效應是否是真實的材料應變率效應的體現，這方面存在一定誤差。

圖6 柱中點位移時程曲線比較Fig.6 Comparison of time history curves

2 典型地鐵車站柱內爆炸

目前關于鋼筋混凝土柱的研究，都是基于一般地上結構的鋼筋混凝土柱進行的計算。地鐵車站柱的特點是截面尺寸相對較大，配筋率較高，剛度相對較大。對于內爆炸，壁面的反射效應強烈，不能忽略其對柱端的影響。當裝藥離構件較遠處爆炸時，荷載相對于構件可以認為是均布荷載，柱在爆炸荷載作用下可能發生剪切破壞、彎曲破壞或者彎曲剪切聯合破壞。當裝藥離構件較近時，構件表面的爆炸荷載不是均勻分布，柱在沖擊波直接作用下首先會發生局部破壞，表面混凝土會被壓碎形成爆坑，鋼筋被沖斷，然后應力波開始在構件內部傳播，造成構件整體位移，可能發生剪切破壞、彎曲破壞或者彎曲剪切聯合破壞；沖擊波在柱的背爆面會發生反射產生拉伸波，也可能會造成混凝土柱背爆面的層裂和塌落現象，產生混凝土碎塊并一定速度飛出。由于沖擊波的直接沖擊造成的混凝土壓碎和塌落也可能對柱承載力造成影響，計算中也需要考慮混凝土的壓碎和塌落影響。

選取典型的地鐵工程鋼筋混凝土柱為研究對象，如圖7所示，柱截面如圖8所示。柱混凝土強度等級為C40，縱筋采用Φ28的HRB335鋼筋。箍筋采用Φ12的HPB235鋼筋，箍筋間距為150 mm，具體鋼筋、混凝土材料參數如表4和5。柱有限元模型如圖8所示，其中柱計算長度取600 cm，在柱兩端建立剛度相對較大的柱頭和柱腳。柱腳底端設置固定邊界條件，同時約束柱腳的水平位移(X和Y向)；約束柱頂的水平位移(X和Y向)，而柱頂在豎向(Z向)可以自由移動。

表4 混凝土材料參數

表5 鋼筋材料參數

鋼筋和混凝土采用分離式建模，計算方法和模型參數與前面數值模型驗證中采用方法一致。本文假設炸藥在站臺板處爆炸，即裝藥位置距離柱底面高度1.6 m處，離柱的水平距離為1 m(由于離柱較近的位置會使計算結果有一定誤差，因為本文選取1m距離計算)，在柱的弱軸側中心處爆炸，混凝土考慮erosion進行脫落模擬。考慮地鐵實際情況，炸藥當量分別取為10 kg、20 kg、30 kg和40 kg TNT。為了比較典型地鐵車站柱在不同炸藥當量作用下柱實際的損傷情況，將數值計算結果用圖9～圖12所示。圖9是在炸藥當量為10 kg TNT時柱損傷情況，在迎爆面，靠近裝藥位置的保護層混凝土少量脫落，背爆面出現沿著柱深縱向分布的少量裂縫，柱頂和柱底也出現輕微裂縫，柱身側面也出現少量裂縫。圖10是在炸藥當量為20 kg TNT時柱損傷情況，在迎爆面，靠近裝藥位置的保護層混凝土少量脫落，出現沿柱縱向中心分布的裂縫，背爆面出現沿著柱深縱向分布的少量裂縫，并且由于柱內反射波的作用，背爆面混凝土開始出現震塌現象，柱頂和柱底的輕微裂縫加重，柱身側面也出現裂縫面積加大。圖11是在炸藥當量為30 kg TNT時柱損傷情況，在迎爆面，靠近裝藥位置的保護層混凝土脫落面積進一步擴大，沿柱縱向中心分布的裂縫增多，同時出現沿柱橫向分布的裂縫，柱頂和柱底的損傷程度加大，在柱底和柱頂都出現較大寬度的橫向裂縫，背爆面的震塌面積逐步向柱頂和柱底擴張，同時震塌深度也沿柱橫向加深，背爆面也出現大量的橫向裂縫，柱身側面裂縫增大增多。圖12是在炸藥當量為40 kg TNT時柱損傷情況，在迎爆面，柱身保護層混凝土脫落面積加大，已經延伸到柱頂與柱底，沿柱縱向中心分布的裂縫繼續增加，橫向裂縫面積也加大，柱頂和柱底的損傷程度加大，在柱底和柱頂都出現的橫向裂縫開始向背爆面發展，背爆面的震塌面積逐步向柱頂和柱底擴張，同時震塌深度已經貫穿整個柱身，柱身側面的裂縫加深加寬，柱的損傷程度已經較高，接近了臨界狀態。

圖7 某地鐵車站斷面襯砌結構圖(cm)Fig.7Sectionstructureofasubwaystation(cm)圖8 地鐵車站柱有限元模型(mm)Fig.8Finiteelementmodelofsubwaystation(mm)

圖9 10kgTNT當量下柱損傷情況Fig.9 Column damage under10kg TNT equivalent

圖10 20kgTNT當量下柱損傷情況Fig.10 Column damage under20kg TNT equivalent

圖11 30kgTNT當量下柱損傷情況Fig.11 Column damage under30kg TNT equivalent

圖12 40kgTNT當量下柱損傷情況Fig.12 Column damage under 40kg TNT equivalent

3 典型地鐵車站柱內爆炸損傷評價方法

很多學者研究了對地上結構鋼筋混凝土柱在爆炸荷載作用下的損傷評價方法，主要可以概括為基于位移的評價準則和基于力的評價準則。基于位移的評價準則是采用經典動力學方法，適合于在構件表面施加均布荷載情況，對于近距離爆炸而言，構件不會產生較大位移(本文計算混凝土柱位移不大于3 cm)，但是在爆炸波作用下混凝土內部會產生較大損傷。因此而基于位移的評價準則并不適合本文所研究的近距離爆炸情況損傷評價。本文提出采用基于柱的剩余承載力評價標準對其在爆炸荷載作用的損傷進行評價，定義鋼筋混凝土柱的損傷指數D：

(5)

式中:PN代表柱未發生損傷前的承載能力，PL代表柱的初始軸向壓力，Pr代表柱發生損傷后的剩余承載力。用u=PL/PN表示柱的初始軸壓比，用r=Pr/PN表示柱剩余承載能力的常數。對于鋼筋鋼筋混凝土柱承載力PN，國內鋼筋混凝土規范規定PN=0.9φ(fcA+fyAs)，其中φ為穩定系數，fc是混凝土抗壓強度，fs是鋼筋屈服強度，A和As分別為截面面積和鋼筋面積，使用規范計算得到柱的設計承載力的是具有一定的安全系數。因此在損傷評價計算過程中，要保持混凝土強度、鋼筋強度取值與規范計算公式取值一致性，才能做出準確評價，例如兩者同取設計值或者同取標準值。

為了評價鋼筋混凝土柱在爆炸荷載作用下的損傷情況，在研究并總結其他研究者的成果基礎上，根據不同的損傷指數D值大小，將鋼筋混凝土柱損傷情況分為四種情況，如表6所示。

表6 柱損傷程度評價標準

數值計算最主要的目的是求解柱的剩余承載能力，其求解過程涉及柱初始軸壓的施加，爆炸荷載的施加和求剩余承載能力三個主要過程，因此本文將計算過程設計為四個步驟，可以相應地提高計算效率：

1)對柱進行應力初始化。柱在遭受沖擊荷載作用之前，要承受重力荷載和其他荷載作用，因此首先要對柱施加一定軸向荷載，該部分荷載屬于靜載作用，在本文計算中采用均布荷載加載方式，對柱進行應力初始化。圖13(a)是對柱施加初始應力場模型，為了避免應力集中，在柱兩端建立剛度相對較大的柱頭和柱腳，將均布荷載施加在柱頂的表面。

2)導入炸藥-空氣模型，對柱施加爆炸沖擊荷載。對柱進行應力初始化后，將炸藥-空氣模型導入到柱模型中，如圖13(b)所示，對柱施加側向沖擊荷載作用。對于地鐵車站底層中柱，爆炸點的可能位置只能在站臺板之上，因此建模時本文選取炸藥點位于柱底一定距離處。由于柱上、下兩面連接的是地鐵車站的底板和中板，因此將空氣的上下兩個表面設置成固定邊界條件，來模擬車站內部沖擊波的反射作用，而空氣其他邊界條件設置為透射邊界條件。

3)爆炸荷載施加完成之后，將炸藥-空氣模型刪除。由于爆炸荷載的作用時間非常短，而鋼筋混凝土柱動力反應時間相對較長，為了增加計算效率，在爆炸荷載施加完成之后，將炸藥-空氣模型刪除，讓柱進行自由振動反應，直至反應結束。

4)待柱動力反應結束后，在柱頂緩慢施加位移，至柱破壞，得到柱的剩余承載能力。

圖13 計算過程示意圖Fig.13 Calculation process

圖14是在不同加載階段柱的軸力變化過程，由于LS-DYNA是動力學計算軟件，因此軸力的施加需要在一定時間段內逐步施加完成，待軸力變化穩定后，在施加爆炸荷載，整個結構動力反應結束后，開始施加位移荷載直至結構本身失去承載能力，位移加載過程中，將軸力曲線的峰值定義為柱的剩余承載能力。

圖14 不同加載階段的軸力變化示意圖Fig.14 Axial force changes at different loading stages

利用上述計算方法，對該地鐵車站進行近距離爆炸后損傷情況進行評估，評估結果如表7所示。從表中可以看出，對于實際地鐵車站柱，在近距離1 m處，站臺板表面爆炸情況下，10 kg TNT藥量作用下將發生輕微損傷，20 kg TNT藥量作用下將發生中度損傷，30 kg、40 kg TNT藥量作用下將發生嚴重損傷，40 kg TNT藥量作用下柱已經接近倒塌限值，說明大部分混凝土已經失效，柱承載能力大幅度下降。

表7 典型地鐵車站柱損傷情況

4 結 論

在近距離內爆炸荷載作用下，結構主要受力構件不能采用基于位移的評價標準進行分析。混凝土構件承載力的下降主要原因，是由于爆炸沖擊波在混凝土內部傳播，造成混凝土損傷導致承載力大幅下降。本文提出的“炸藥-空氣-混凝土柱”耦合分析模型，可以對地鐵車站近距離內爆炸作用下混凝土柱的損傷情況進行精確的有限元分析。在沒有具體試驗數據情況下，可采用本文給出的計算參數和模型進行分析計算，結合本文提出的基于承載力的損傷評價標準，可以對遭受恐怖爆炸襲擊后的地鐵車站鋼筋混凝土柱進行災后損傷評估，同時可以對重要地鐵車站承重柱進行抗爆設計分析。

本文計算結果只是炸藥當量是10 kg、20 kg、30 kg及40 kg TNT裝藥，距離混凝土柱1 m，在站臺附近爆炸情況。為了方便工程應用，需要進一步計算在不同炸藥當量、不同爆炸距離、爆炸高度、不同的混凝土截面和配筋情況下，地鐵車站柱的損傷破壞情況，并按照不同破壞等級繪制相應圖表，以供工程設計、施工單位方便應用。

[ 1 ] 奚江琳, 王海龍, 張濤. 地鐵應對恐怖襲擊的安全設計及建筑措施探討[J]. 現代城市研究, 2005, 12(8): 8-13. XI Jianglin, WANG Hailong, ZHANG Tao.On the safety design and building measures for subway against terrorist attacks[J]. Moderm Urban Research, 2005, 12(8): 8-13.

[ 2 ] 閔劍. 地鐵反恐怖芻議[J]. 現代城市軌道交通, 2005, 27(6): 45-46. MIN Jian.Subway anti terror[J].Modern Urban Transit, 2005, 27(6): 45-46.

[ 3 ] 蘇經宇, 馬東輝, 蘇幼坡. 地鐵反恐的技術對策[J]. 建設科技, 2004, 16(7): 22-23. SU Jingyu, MA Donghui, SU Youpo. Technical countermeasures of subway counter terrorism[J]. Construction Science and Technology, 2004, 16(7): 22-23.

[ 4 ] 師燕超. 爆炸荷載作用下鋼筋混凝土結構的動態響應行為與損傷破壞機理[D]. 天津: 天津大學, 2009.

[ 5 ] 瞿海雁, 杜修力, 廖維張. 軸壓對爆炸荷載作用下柱的動力響應的影響分析[C]// 第九屆全國沖擊動力學學術會議論文集, 2009.

[ 6 ] BAO Xiaoli, LI Bing.Residual strength of blast damaged reinforced concrete columns[J]. International Journal of Impact Engineering, 2010, 37(3): 295-308.

[ 7 ] 魏雪英, 白國良. 爆炸荷載下鋼筋混凝土柱的動力響應及破壞形態分析[J]. 解放軍理工大學學報(自然科學版), 2007, 8(5): 525-529. WEI Xueying, BAI Guoliang.Dynamic response and failure modes of RC column under blast load[J]. Journal of PLA University of Science and Technology(Natural Science Edition), 2007, 8(5): 525-529.

[ 8 ] 董義嶺. 爆炸荷載作用下鋼筋混凝土柱的動力響應分析[D]. 上海: 同濟大學, 2008.

[ 9 ] MORRILL K B, MALVAR L J, CRAWFORD J E, et al. RC column and slab retrofits to survive blast loads[C]// Proceedings of Structures Congress 2000: Advanced Technology in Structural Engineering, 2000.

[10] MALVAR L J, CRAWFORD J E, MORRILL K B. Use of composites to resist blast[J]. Journal of Composites for Construction, 2007, 11(6): 601-610.

[11] STANLEY C W, JAMES T B. Structure collaspe: quarter-scale model experiments[R]. US Army Corps of Engineers, Technical Report SL-99-8, 1999.

[12] 都浩. 城市環境中建筑爆炸荷載模擬及鋼筋混凝土構件抗爆性能分析[D]. 天津: 天津大學, 2009.

[13] 師燕超, 李忠獻. 爆炸荷載作用下鋼筋混凝土柱的動力響應與破壞模式[J]. 建筑結構學報, 2008, 29(4):112-117. SHI Yanchao, LI Zhongxian.Dynamic responses and failure modes of RC columns under blast loading[J].Journal of Building, 2008, 29(4):112-117.

[14] 湯文輝, 張若棋. 物態方程理論及計算概論[M]. 長沙: 國防科技大學出版社, 1999.

[15] STANLEY C W, JAMES T B. Structure collaspe: quarter-scale model experiments[R]. US Army Corps of Engineers, Technical Report SL-99-8, 1999.

[16] Livemore Software Technology Corporation, LS-DYNA Keyword User’s Manual(Version 970)[M]. California, 2003.

[17] MALVAR L J, CRAWFORD J E, MORRILL K B. Use of composites to resist blast[J]. Journal of Composites for Construction, 2007, 11(6): 601-610.

Damage evaluation for a column of a typical subway station subjectedto internal blast loading

YAN Qiushi, DU Xiuli

(The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

With increase in terrorists’ blast threats, the occuring probability of explosion in a subway rises. As the main force-bearing member of a subway station, it is necessary to evaluate the damage of its column under a blast loading within a closer distance. Here, using the finite element analysis method, a coupled analysis model for explosive-air-concrete column was established. The applicability of the model was verified with existing tests. A damageevaluation method based on the load-bearing capacity of a subway station’s column was proposed. The damage of the subway station column was divided into different damage levels. The damage of the column of a typical subway station under the actions of different explosives was evaluated. Using the proposed coupled calculation model and the evaluation method, the damage of a reinforced concrete column subjected to blast loading within a closer distance was evaluated and it was designed to meet the requirements of anti-blast.

internal explosion ; blast wave; subway station ; reinforced concrete column; damage evaluation

國家自然科學基金項目青年基金項目(51308019);北京市自然科學基金項目(8144039)；國家重點基礎研究發展計劃(2015CB058000)

2015-08-13 修改稿收到日期：2015-12-26

閆秋實 男，博士，碩士生導師，1983年6月生

O383

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.01.001