哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
双钢板-混凝土（steel-concrete-steel,SCS）组合板结构由上、下钢板和混凝土
组成，并通过抗剪连接件增强钢板与混凝土的组合作用。SCS组合结构充分发挥
了钢材高延性、高强度以及混凝土刚度大的特性，并且由于SCS组合结构拥有较
好的整体性和较高的承载力，其在防护工程中具有广泛的应用前景。基于SCS组
合板结构的优良特性，本文提出了一种新型多腔双钢板-混凝土（multi-cell
steel-concrete-steel,MCSCS）组合板，该组合板在设置连接件的基础上增设了肋板
以进一步增强组合板的整体性和承载力。针对该多腔双钢板-混凝土组合板进行了
冲击荷载下的试验以及数值分析研究，此外，考虑到该新型组合板用于防护工程
中还有遭受爆炸荷载作用的可能，就此，本文以数值模拟和理论分析相结合的手
段，对新型组合板进行了爆炸荷载下的动力响应研究，并利用所提出的位移响应
理论模型，建立了新型组合板爆炸荷载下的P-I曲线，具体研究内容如下：
（1）考虑钢板厚度、冲击方向和连接件间距等抗冲击性能影响参数，设计制
作了7个新型MCSCS组合板试件；首先完成了钢材和混凝土的材性试验，获得
了材料力学性能指标；通过落锤式冲击试验系统，开展了7个新型MCSCS组合
板试件的冲击试验，记录了组合板在局部冲击荷载下的动力响应全过程，并分析
了破坏模式以及各设计参数对其抗冲击性能的影响。
（2）基于HyperMesh软件，建立了冲击荷载下MCSCS组合板的有限元模型，
并利用LS-DYNA有限元分析平台进行了数值模拟研究。基于验证后的有限元
模型，进行了扩大参数分析，研究了加劲肋、冲击位置、锤头形状和钢材强度
对组合板抗冲击性能的影响。此外，通过提取不同截面的加速度、剪力和弯矩
分布，得到了冲击过程中组合板的内力分布特征。
（3）建立了爆炸荷载下MCSCS组合板的有限元模型，并通过文献试验结果
验证了爆炸荷载下组合板建模方法的适用性。利用有限元软件分析了不同爆炸类
型对组合板破坏模式的影响，并从板件耗能和变形等方面探究了不同参数对组合
板抗爆性能的影响。
（4）基于等效单自由度体系，建立了考虑应变率效应的MCSCS组合板爆
炸荷载下的位移响应理论模型，并通过与有限元结果对比验证了其适用性。确
立了爆炸荷载下组合板的三种损伤准则，并基于理论响应模型建立了组合板不
同损伤等级下的P-I曲线。
关键词：MCSCS组合板；冲击；爆炸；动力响应；损伤
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Steel-concrete-steel(SCS)sandwichpanelconsistsofaconcretecore,topand
bottomsteelplates,andmechanicalconnectorsareemployedtoenhancethe
interconnectionbetweensteelfaceplates(topandbottomsteelplates)andconcrete.
TheSCSsandwichpanelcombinesthecharacteristicsofhighductilityandstrength
ofsteelplates,aswellasthehighstiffnessofconcrete.Moreover,duetothegood
integrityandhighbearingcapacityoftheSCScompositestructure,ithasbeen
widelyemployedinprotectiveengineering.