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21世纪以来,爆炸恐怖袭击和爆炸意外事故的频繁发生无不为我们敲响了警钟,加强建筑结构承重柱的抗爆性能、寻求更安全的防爆结构和防护措施已变得刻不容缓,中空夹层超高性能钢管混凝土柱(Ultra-high Performance Concrete-filled Double Skin Steel Tubes,UHPCFDST)作为一种新型的钢-混凝土构件,完美结合了中空夹层钢管混凝土柱(Concrete-filled Double Skin Steel Tube,CFDST)和超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)两者的优点,具有足够的强度、良好的延展性、出色的能量吸收和抗裂能力。泡沫铝夹芯板作为一种耗能结构具有相对密度低,高比模量,高比强度和吸能缓冲效果好等优良的力学性能,将其运用在结构承重柱的抗爆防护上具有非常大的工程意义。为了研究UHPCFDST柱在近爆载荷作用下的抗爆性能以及泡沫铝夹芯板对UHPCFDST柱在近爆下的防护效果,建立TNT炸药-UHPCFDST柱-空气三维有限元模型,采用ALE多物质流固耦合算法,从UHPCFDST柱在近爆作用下的动态响应、损伤机理、能量吸收特性、影响参数研究和泡沫铝夹芯板防护性能五个方面系统研究,得出的计算结果表明:(1)UHPCFDST柱在近爆作用下的主要变形模式为局部的凹陷变形和整体的横向位移变形,典型的破坏模式为内外钢管的塑性破坏、混凝土芯柱的局部凹陷破坏和整体的剪切破坏,且混凝土芯柱的损伤过程可以分为三个阶段;第一阶段;损伤范围由芯柱迎爆面爆炸中心高度位置逐渐向背面蔓延,范围不断增大直至整个芯柱下端;第二阶段;损伤范围由迎爆面下端向迎爆面上端延伸,第三阶段:损伤范围由迎爆面上端向背面扩散,逐渐贯穿整个截面连接成一个损伤断面,发生了剪切破坏。(2)UHPCFDST柱具有较好的耗能能力,其中混凝土芯柱在整个结构中耗散的能量最多,主要的耗能模式为芯柱的凹陷变形和内外钢管柱的弯曲和拉伸变形。特别注意的是混凝土芯在结构总质量中所占的比例与混凝土吸收的能量与结构吸收总能量之比保持良好的一致性。(3)参数化研究得出,在相同条件下,提高填充混凝土的抗压强度能提高UHPCFDST柱在近爆作用下的抗爆性能,但是与普通强度混凝土相比,填充UHPC提升的效果非常显著。UHPCFDST柱的截面空心率在24%-38%范围内,减小截面空心率能显著降低结构的变形,提高UHPCFDST柱在近爆作用下的抗爆性能,且空心率在24%时,UHPCFDST柱的变形最小。增加UHPCFDST柱的内外钢管厚度均能减小UHPCFDST柱在近爆作用下的变形,但是外钢管厚度增加造成圆柱变形减小的效果比内钢管厚度增大的效果更显著。内外均是圆形的UHPCFDST柱在近爆下的变形最小且损伤范围最小,其抗爆性能优于其他三种截面形式的钢管柱。有无轴压比对UHPCFDST柱的变形有较大的影响,随着轴压比在一定范围内的增加,钢管柱的局部变形增加,但是整体变形减小,当轴压比较大时,钢管柱发生偏心破坏失去承载能力。(4)泡沫铝夹芯板对UHPCFDST柱在近爆下的防护效果比较显著,与无泡沫铝夹芯板防护下UHPCFDST柱的计算结果相比,相同条件下,泡沫铝夹芯板防护下的UHPCFDST柱的局部最大变形和局部残余变形均明显降低,混凝土芯柱的损伤程度和范围更小,且不会出现大面积连续损坏。