爆炸荷载作用下地下锚喷支护结构动力响应数值分析

为了研究常规钻地炸弹在岩石中爆炸时对地下支护结构的影响,应用LS-DYNA有限元程序分析了地下防护工程锚喷支护结构在爆炸荷载作用下的动力响应.模型中考虑了锚杆对岩石的锚固作用,其中混凝土采用H-J-C模型,并考虑了应变率效应.与国内外经验公式的计算结果比较表明,该分析模型与方法是合理的,能据此进行爆炸荷载作用下地下结构的动力可靠性分析.     

对DYNA3D中K&C混凝土模型的探讨

LS-DYNA3D有限元软件中的KC混凝土模型(MAT_CONCRETE_DAMAGE)充分考虑了混凝土材料的应变率效应、损伤效应、应变强化和软化作用,近年来在爆炸、侵彻等方面得到广泛应用,但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不够。首先介绍KC混凝土材料模型的基本原理,然后通过模拟FOAM HEST试验研究了其预测爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动态响应的能力,并将分析结果与试验数据进行了对比。结果表明,该材料模型可以较好地预测爆炸动荷载作用下钢筋混凝土构件的动态响应。     

双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应研究

为考察双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应,用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值分析研究,得到在不同炸药量(TNT当量)和不同屋面孔洞率情况下,双层球壳结构内爆炸荷载下的动力响应结果。对软件模拟结果分析,随着炸药量的增加,结构最大轴力和最大位移响应值都增加;屋面开孔越大,结构最大轴力和最大位移响应值都减小,有利于结构抗爆。     

地铁区间隧道结构内爆炸动力反应研究

利用动力分析有限元软件LS-DYNA3D,对北京某一地铁区间隧道进行了内爆炸效应数值模拟分析。分别计算了该地铁区间隧道模型在TNT炸药当量为10、20、30、40 kg药量下,炸药离隧道底面为1.1 m的爆炸荷载作用下结构的动力反应以及破损情况。得到了结构在不同当量TNT作用下的动力反应结果,研究了隧道结构在不同的炸药当量作用下的破坏情况。对数值模拟的计算结果分析得到结论:在10 kg的等效TNT作用下,结构的变形和塑性应变发展都很小,结构没有发生任何破坏;在20 kg的等效TNT作用下,结构的变形和塑性应变相应增大,但是结构没有发生破坏;在30 kg的等效TNT作用下,结构的变形进一步增大,塑性应变继续累积,结构的底部发生了局部的破坏;在40 kg的等效TNT作用下,结构的变形已经超出了地铁设计规范的变形要求,塑性区域进一步扩大,结构的底部发生的局部的破坏区域也进一步增加,计算结果可以为地铁区间隧道的内爆炸研究和抗爆设计提供的一定的参考。     

天津港“8·12”爆炸桁架厂房破坏效应研究

本文以天津港8·12特别重大火灾爆炸事故为背景,主要研究不同比例距离下钢结构单层厂房在受到爆炸荷载时的动力响应和破坏过程。采用Plastic-Kinematic塑性随动模型考虑应变率效应模拟在爆炸荷载作用下低碳钢材料的本构关系。利用有限元ANSYS/LS-DYNA软件实现对平面桁架结构在爆炸荷载作用下结构响应、破坏和倒塌过程的数值模拟,分别控制实际爆炸距离以及炸药当量,研究不同比例距离下的钢结构单层厂房破坏效应。得出炸药当量一定时,实际爆炸距离的改变对结构的倒塌破坏影响更大这一结论。     

近爆荷载作用下PC柱动力响应及破坏模式数值模拟研究

随着装配式建筑在我国的推广应用越来越广泛,装配式构件在爆炸荷载下的性能值得深入研究.利用LS-DYNA显示动力分析软件对PC柱在近爆荷载下的动力响应及破坏模式进行数值模拟分析.计算了PC柱在8 kg TNT爆炸当量,爆炸距离(TNT炸药中心至结构表面)为0.6 m,比例距离为0.3 m/kg1/3动力响应,分析轴压比、混凝土强度等级、截面惯性矩以及箍筋、纵筋配筋率对PC柱抗爆性能的影响,并与普通RC柱进行了对比研究.研究发现,有无轴压比对PC柱的抗爆性能影响很大,存在轴压比的时,PC柱的侧向位移明显较小.提高混凝土等级,增大截面惯性矩以及增加纵筋配筋率均可提升PC柱抗爆性能,箍筋配筋率影响较小.在相同模拟工况下,RC柱与PC柱破坏形式有所不同,PC柱表现出了更好的抗爆性能.     

爆炸冲击荷载引起地下建筑结构动力稳定性研究

以贵州某公司扩建技改工程横三路隧道为依托,建立三维有限元动力模型,根据公安部门设定15 kg TNT炸药的要求,研究爆炸冲击荷载作用下二次衬砌结构变形特性、力学响应及能量分布。研究表明迎爆侧隧道结构出现能量集聚现象,大部分衬砌结构振动速度大于爆破安全规程的允许标准;爆炸所在的隧道衬砌结构局部破坏,但不会大面积坍塌。爆炸区域隧道衬砌以剪切破坏控制为主,附近衬砌结构发生受拉破坏。炸药冲击荷载对相邻隧道影响相对较小,结构发生开裂,不会造成瞬间垮塌失稳现象。     

爆炸荷载作用下RC结构连续倒塌研究

随着社会的发展,钢筋混凝土结构与人们的生活更加的密不可分。但因为各种原因,时常会发生意外爆炸,影响结构的整体稳定,严重时会造成重大的生命财产损失,因而对结构的动态响应特征与损伤机理、构件破坏后的损伤评估以及混凝土结构抗连续性倒塌性能等的研究显得尤为重要。综述近年来国内外对爆炸荷载作用下结构构件的动力响应研究和整体结构的抗连续倒塌能力分析的研究成果,并提出了我国在该领域的发展方向。     

钢纤维混凝土箱梁在爆炸荷载作用下的动态响应

采用模型试验和数值模拟相结合的方法,研究了混凝土和钢纤维混凝土箱梁在爆炸荷载作用下的动态响应。结果表明,在爆炸荷载作用下,相较于炸药药量而言,结构的应变峰值对爆炸高度更为敏感,混凝土箱梁中添加适量钢纤维后,结构的应变明显减小,说明钢纤维对提高结构的抗爆性有很大作用。     

爆炸荷载下混凝土柱毁伤效应研究

对爆炸荷载作用下混凝土柱的毁伤过程进行了数值模拟,研究了混凝土柱在不同炸药量和不同距离爆炸荷载作用下的毁伤效应。     

碳纤维增强复合材料约束钢管混凝土圆柱抗爆性能的数值模拟分析

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)约束钢管混凝土圆柱的抗爆性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对11根圆柱试件在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟分析,主要考虑了CFRP粘贴层数、钢管壁厚、炸药量和长细比等影响因素。分析结果表明:与钢管混凝土圆柱相比,CFRP约束钢管混凝土圆柱的跨中最大位移明显减小,抗侧刚度和抗爆能力得到明显提高;在一定参数范围内,CFRP约束钢管混凝土圆柱试件的抗侧刚度和抗爆能力随着CFRP粘贴层数或钢管壁厚的增加而提高;炸药量或长细比越大,试件的跨中侧向位移越大,破坏越严重。     

单层球面网壳在爆炸荷载下动力响应研究

采用有限元方法对空间网壳结构进行内爆炸数值模拟,利用已知的空间球面网壳结构表面爆炸冲击波压力场分布,应用LS-DYNA软件研究空间网壳结构在爆炸荷载下的动力响应.通过改变结构尺寸和TNT当量,分析结构在不同情况下的爆炸动力响应,并根据分析结果提出球面网壳结构的泄爆措施.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土构件和结构的动力响应较之地震荷载和静态荷载作用下要复杂得多。运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型,该模型对钢筋混凝土采用分离式建模,并且考虑了材料的应变率效应和钢筋与混凝土间的粘结滑移。在该有限元模型的基础上,通过对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱动态响应的数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下可能的破坏模式及其规律。同时,运用参数化分析方法,研究了截面惯性矩、混凝土轴心抗压强度、纵筋配筋率和配箍率等参数对钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应的影响,在数值模拟结果的基础上,分析提出了钢筋混凝土柱抗爆设计时应当注意的问题。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土柱的破坏模式不仅和自身的特性有关,还取决于爆炸荷载的类型。提高柱截面惯性矩和混凝土轴心抗压强度,能够显著降低钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的柱中水平位移,从而提高其抗爆性能。增加配箍     

内空和充水管道在爆炸冲击荷载下的数值模拟分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,根据实验目的建立了计算模型,并选取适当的本构关系和材料,对空中TNT炸药爆炸冲击荷载下的内空和充水管道的动力响应规律进行了数值模拟分析,指出爆炸冲击荷载下,在等量炸药的条件下,充水管道的变形量、单元位移及单元压强峰值较内空管道低,这些参数的增加速率也均低于内空管道;充水管道的抗变形能力更强,稳定性更高。     

钢管超高强钢纤维混凝土柱抗爆性能试验研究

对钢管超高强钢纤维混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了试验研究,试验测得了三个不同装药量的反射压力时程曲线,对比分析了空心及实心方形截面和圆形截面钢管超高强钢纤维混凝土柱的动力响应差异,讨论了不同折合距离的影响。试验结果表明:在相同内、外径(边长)条件下,方形截面钢管超高强钢纤维混凝土柱抗爆性能优于圆形截面的。若设计得当,空心方形截面钢管超高强钢纤维混凝土柱抗爆性能优于实心方形截面的。     

爆炸荷载作用下地下结构与围岩动力相互作用研究

爆炸荷载作用下结构的动力响应一直是热点的研究课题,但是对于地下支护结构与围岩在爆炸荷载作用下的相互作用机理研究还很少。爆炸荷载属于破坏荷载,用实验方法进行研究存在很大的困难,因此应用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对爆炸荷载作用下地下拱形结构与围岩的相互作用进行研究。研究结果表明:质点振幅和破碎区的大小与经验公式计算的数据基本吻合;不同TNT装药条件下,对于跨度较小(6m)的拱形支护结构,均发生剪切破坏形态,拱肩处峰值压力最大,成为结构受力的薄弱环节,设计中应采取加强措施。     

简支T梁桥在爆炸作用下的损伤分析

为有效控制和提高桥梁的抗爆安全性,进而为减少甚至避免爆炸灾害的发生提供有效的科学依据,以河南省义昌大桥为背景,对简支T梁桥在爆炸荷载作用下的损伤进行分析。运用非线性显示动力学分析软件,选取有限元材料库所提供的空气、TNT、混凝土C35MPA以及钢筋STEEL 4340等材料,以距离炸药位置最近,起爆点投影到混凝土表面的点为测试点。建立简支T梁桥在爆炸荷载作用下的有限元模型。通过改变TNT相对于梁的位置参数对简支梁桥在爆炸荷载作用下的损伤进行分析,得出当TNT当量较小作用时间较短时,改变TNT相对于桥的位置,当TNT位于梁上最外层的两片梁中间的接缝处时,最易损坏。     

建筑覆层抗爆性能研究

运用有限元分析软件AUTODYN,对混凝土单板及带蜂窝夹芯覆层的混凝土板在爆炸荷载下的动力响应进行了分析.对比研究了两种结构在5 g的TNT球形装药,距离混凝土板5 cm处起爆时,混凝土背爆面中心点挠度、覆层压缩模式及各部分能量吸收情况.结果表明,带蜂窝夹芯覆层的混凝土板与单层混凝土板相比,背爆面挠度明显减小;设置覆层后可以大大减小结构受到的冲击荷载;增加覆层高度可以大大减轻结构受到的冲击能量,减轻结构的破坏.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构破坏倒塌分析研究进展

钢筋混凝土结构较之于其他结构形式具有质量大、抗爆性能好的特点,因此成为世界各国工程抗爆设计的首选,也是工程结构抗爆与防爆研究领域的主要研究对象。近些年来,国内外学者对爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应、破坏与连续倒塌进行了广泛的研究,内容包括各类钢筋混凝土结构构件在爆炸荷载作用下的动态响应特征与损伤破坏机理、钢筋混凝土结构构件承受爆炸荷载后的损伤程度评估以及钢筋混凝土结构连续倒塌分析等。综述近些年来国内外爆炸荷载下钢筋混凝土结构动态响应与连续倒塌分析研究的最新进展,并结合作者在该领域的研究工作和成果,给出该领域的研究方向和未来的发展趋势。     

双线盾构隧道及其联络通道抗爆性能研究

该文针对既有双线盾构隧道及其联络通道复杂结构的防护问题,采用ANSYS/LS-DYNA非线性显示动力有限元程序并结合流固耦合算法,对不同TNT当量、不同炸药位置、不同埋深条件下结构的动力响应进行全面研究。结果表明:随着TNT当量的减小,结构钢筋与混凝土单元的Mises等效应力不断减小,TNT当量从542 kg降到275 kg减小的应力值大于TNT当量从275 kg降到145 kg减小的应力值。爆源位置对结构的整体损伤情况影响不大,结构某点的位移主要取决于该点距离爆源的距离。埋深较小时隧道顶部钢筋和混凝土的拉应力峰值较大,为了有效增强结构的抗爆性能应加大埋深。