[发明专利]一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法

权利要求书

1.一种仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于，所述抗爆板包括若干交替排布的超高韧性水泥基复合材料UHTCC能量吸收层和超高性能混凝土UHPC抗爆层，位于所述抗爆板外层的迎爆面和背爆面均为UHTCC能量吸收层；所述抗爆板的板体配置双层以上钢筋，并配置纵向拉结筋，配筋时需保证拉结筋穿过各层之间的界面，以确保各层之间的粘结性；板体在钢筋绑扎完毕后进行分层浇筑；

根据抗爆炸冲击荷载等级以及抗爆设防要求，确定抗爆板的厚度，其中UHTCC能量吸收层的厚度通过能量吸收效果确定，UHPC抗爆层的厚度由荷载等级和爆炸开坑要求确定。

2.根据权利要求1所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于，所述抗爆板的厚度可由以下公式确定：

f＝(aW+b)H^c

式中f为抗爆设防要求下板的最大跨中挠度、单位为mm，W为TNT炸药当量、单位为kg，H为抗爆板厚度、单位为m，a、b、c为由抗爆板的跨度和宽度确定的常数。

3.根据权利要求2所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于，计算参数a、b、c由以下方法确定：

S1.根据目标结构的跨度和宽度要求，建立抗爆目标炸药当量下厚度与跨度之比在0.05～0.3范围内的若干个有限元模型，计算不同厚度下抗爆板的跨中最大挠度；

S2.在上一步有限元模型的基础上，在10％～1000％的范围内改变模型中的炸药当量，并再次建立若干个有限元模型，计算不同厚度时各炸药当量下抗爆板的跨中最大挠度；

S3.将各模型的厚度、炸药量以及计算得到的跨中最大挠度代入权利要求2所述的公式中进行拟合，即可得到相应工况下的计算常数a、b、c。

4.根据权利要求2所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述UHTCC能量吸收层不小于相邻UHPC抗爆层厚度的1/6，且不大于相邻UHPC抗爆层的厚度。

5.根据权利要求4所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：根据已经确定的抗爆板总厚度，建立不同UHTCC能量吸收层和UHPC抗爆层厚度比的有限元模型并进行计算，计算结果中损伤面积最小的即为最佳厚度比。

6.根据权利要求1所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述抗爆板爆炸漏斗坑的直径和深度可由如下公式确定：

式中W为TNT炸药当量、单位为kg，e为装药高度、单位为m。

7.根据权利要求1所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述抗爆板能够减小侵彻开坑，开坑直径仅为弹体直径的3～4倍。

8.根据权利要求1所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述UHTCC能量吸收层中的纤维为聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维中的一种或两种。

9.根据权利要求8所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述UHTCC能量吸收层，通过控制纤维的体积掺量在0.5％～3％之间使其极限拉应变达到1％以上，通过控制水与胶凝材料重量之比在15％～55％之间使其强度大于30MPa，弹性模量大于15GPa。

10.根据权利要求1所述的仿贝壳结构的抗爆板优化设计方法，其特征在于：所述UHPC抗爆层，通过控制钢纤维的体积掺量在0.5％～3％之间使其极限拉应变达到0.3％以上，通过控制水与胶凝材料重量之比在10％～40％之间使其强度大于100MPa，弹性模量大于35GPa。