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爆炸冲击荷载下玻璃幕墙建筑抗爆研究

来源:华侨大学土木工程学院  作者:编辑  日期:2015-8-18
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  玻璃幕墙作为建筑的外围护构件,最先受到爆炸冲击荷载的作用,因而其抗爆性能将直接影响整个建筑物的安全性。研究表明,爆炸冲击波作用到建筑玻璃上,75%的人员伤亡由是高速飞行的玻璃碎片所直接造成的,而冲击波透过玻璃裂缝进入室内又会间接造成人员伤亡。

  本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  2.3荷载作用时间

  玻璃在长期荷载作用下,玻璃裂纹会发生扩展,直接导致承载能力的降低;玻璃在动力荷载作用下,玻璃产生的最大位移随着作用时间的增加而增加,当无法满足挠度要求时,玻璃发生破坏。高轩能等采用有限元分析法对夹层玻璃在短期、一氏期静力和爆炸冲击荷载作用下的变形进行了模拟分析,并在赵西安研究基础上对夹层玻璃的等效厚度计算公式进行了补充。

  2.4支撑边界条件

  在玻璃幕墙抗暴设计过程中,选用不同的边界条件对结果有很大的影响。应根据玻璃的真实受力情况,合理选择玻璃面板的边界条件。weggel和Zapata通过两种不同边界支撑条件的矩形玻璃板在低速爆炸荷载作用下的研究,得出周围具有橡胶垫圈弹性框支撑的玻璃面板其最大拉应力较普通简易支撑的玻璃面板可以折减42%一71%。

  2.5动力响应

  建筑玻璃在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题属于典型的动力学问题,动力学问题与静力学问题主要存在两个不同点:①动力学问题要考虑时间变化因素;②在动力分析的过程中要考虑惯性力效应。当在高应变率的动力荷载作用下,还要考虑应变率效应。美国Army Corps of Engineers采用单自由度法得到了弹胜响应谱曲线和弹塑性响应谱曲线,通过查图能够快速地得到建筑玻璃在冲击荷载作用下的最大动位移。

  3.抵抗炸弹冲击波建筑幕墙的设计

  建筑玻璃幕墙的抗爆炸设计主要是防范远距离炸弹(药)产生的空气冲击波对建筑物的破坏。建筑玻璃幕墙的抗暴设计旨在最大限度的减少爆炸冲击波超高荷载和高速飞溅的玻璃碎片所造成的直接伤害,并减少受攻击设施或爆炸中心周围设施的修复费用。在具体设计过程中,应达到以下两个要求:①玻璃有足够的强度来承受较大当量的爆炸袭击;②受到爆炸冲击作用后,玻璃能够较完好地保持在框架内。

  目前,美国有两个玻璃抗爆设计标准:UFC 4一010一OI标准10和ASTM F2248一03标准。UFC标准是一个简化的设计方法,ASTM F比UFC能够适应更大的爆炸威助·的抗爆设计。在我国,还没有正式的抗爆设计规范和准则,但在一些重要的工程项目中都有考虑到这方面的问题。常规的玻璃幕墙抗爆炸设计往往难以满足实际要求,这是由于:①爆炸荷载的量级、位置、概率具有不确定性;②爆炸荷载作用时间短暂,整个过程以毫秒计算;③爆炸荷载作用大,其强度通常远远大于其它灾害(风、地震等)。爆炸冲击波荷载的上述特点使得整个动力过程变得非常复杂。

  因而,常从概念性设计方面来进行:

  (1)玻璃面板宜采用高强玻璃和抗爆玻璃以增强对冲击波的抵抗能力并减小玻璃碎片对室内人员的伤害。

  (2)采用柔性较好的复合结构体系。玻璃幕墙结构在变形过程中会吸收部分爆炸产生的能量,这使其对结构的破坏大大降低。复合结构体系较单一的玻璃材料和结构有更好的耗能效果。

  (3)合理选用玻璃面板尺寸,采用防爆性能良好的玻璃框架。面板尺寸过小会使工期延长并影响建筑物的外型;而尺寸过大则会由于玻璃自身的缺陷而减小玻璃抵抗冲击荷载的能力,并增加了破坏后的维修费用。防爆性好的玻璃框架能在爆炸发生时对玻璃有充分的约束,增强了整个系统的防爆性能。

  (4)设置防爆墙,防爆墙能阻挡冲击波作用并且在变形过程中能吸收爆炸产生的能量。在设计允许的情况下,应尽量将防爆墙设在远离目标构筑的地方,即拥有足够远的安全距离。一般来说,安全距离每增加一倍,爆炸荷载冲击减少为3-8成。

  (5)改善周围环境设置,例如:应尽量减少周围垃圾桶的数量,垃圾捅经常是炸药的投掷点之一;采用塑性较好的地面,通过地面的变形成坑达到耗能效果同样能降低冲击波对玻璃幕墙的破坏。

  4.结语

  目前为止,在我国境内尚米发生针对玻璃建筑的恐怖爆炸袭击事件,但还是应该提高防范意识,做好防范措施,防止大量的人员伤亡和财产损失。文中介绍了玻璃幕墙抗暴研究与分析的三种方法并简要概括了国内外目前针对其在爆炸荷载下的性能研究,最后介绍了一些切实可行的设计方法。

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