钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应分析

钢筋混凝土柱在冲击爆炸荷载作用下的破坏可能会导致结构连续性倒塌。本文对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟。在建立三维实体钢筋混凝土柱模型时,对混凝土材料采用了脆性损伤模型,分析了柱在不同折合距离时的侧向位移和失效情况,可以看出,侧向位移随着折合距离的增大而逐渐减小。当折合距离大于2.5时,爆炸冲击荷载对柱的影响很小。研究结果对钢筋混凝土柱的设计与防护具有一定的参考价值。     

H型钢梁在爆炸荷载作用下的动力响应及破坏模式研究

本文使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立H型钢梁模型,并利用CONWEP方法对其施加爆炸荷栽。分析了当炸药位于钢梁正下方时,作用在H型钢梁上的爆炸荷栽压力分布和H型钢梁在爆炸荷栽作用下的动力响应及炸药位置等参数对其动力响应的影响。得到以下结论:作用在钢梁上的爆炸荷栽最大超压峰值出现在炸药投影点处,其他点处荷载超压峰值与最大超压峰值的比值与炸药距离H和距投影点的距离R有关;在爆炸荷栽作用下,H型钢梁易发生端部剪切破坏,其塑性变形主要出现在梁端部腹板处;随着炸药靠近梁端部,使得钢梁发生端部剪切破坏时的最大比距离增大。     

爆炸荷载作用下弹性梁的能量解析法分析

爆炸荷载作用下结构的分析分为两类:波动理论和振动理论.因为爆炸荷载持续时间非常短暂,并且应力波在结构构件中的传播非常迅速,所以爆炸荷载作用下结构构件的反应主要以整体振动为主.根据爆炸荷载持续时间与结构构件特征周期的比例关系,结构构件在爆炸荷载作用下的反应可以分为脉冲荷载区、准静态荷载区和动态荷载区.本文作者根据能量守恒基本原理,推导了弹性简支梁在爆炸荷载作用下的基本计算公式,重点研究了动态荷载区弹性简支梁的反应特征,并提出了荷载时间系数的概念.通过大量的有限元分析,得到了弹性简支梁荷载时间系数在不同荷载区的计算公式,为弹性简支梁的抗爆分析提供了理论依据.     

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。     

建筑抗爆研究中超压的分布特征及确定方法

爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标,不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式,搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据,从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明:当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从指数分布;当比例距离大于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压变异系数达最大值1,比例距离在1.5～6.0m/kg1/3之间时,变异系数较小,在0.13～0.2m/kg1/3之间;反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据,拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。     

爆炸荷载作用下饱和土中隧道的瞬态动力响应

用解析方法研究了爆炸荷载作用下饱和土中圆形隧道的动力响应问题。模型假定饱和土体中的圆形隧道中心处发生爆炸,爆炸荷载采用简化形式,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,饱和土采用Biot波动方程,通过引入两个势函数,在Laplace变换域中推导了爆炸荷载作用下圆形隧道位移和应力响应的表达式。利用Laplace数值逆变换得到爆炸荷载作用下衬砌与土体的时域计算结果,分析了排水条件对位移、应力变化的影响,并讨论了饱和土参数、衬砌和土的相对刚度的影响。数值结果表明,爆炸荷载作用下,不排水条件下应力和位移的响应幅值比排水条件下有所增大;饱和土参数
对土体应力的幅值有明显的影响;衬砌与土的相对刚度越大,土体位移和应力响应的幅值越小,衰减的速度也越快。     

爆炸荷载作用下钢框架结构连续倒塌分析

传统数值方法模拟建筑结构在爆炸荷载作用下的结构响应和连续倒塌时,具有计算模型复杂、计算量大的特点,实际应用价值不大。基于将爆炸荷载作用下结构响应分析分两步进行的数值模拟方法,利用非线性显式动力分析软件AUTODYN的Remap技术模拟爆炸波在空气中的传播过程,利用压强测点记录结构构件表面的爆炸压强时程曲线;建立结构精细化有限元模型,并将上一步记录的爆炸压强时程曲线施加于结构构件,利用LS-DYNA显式求解器分析结构在爆炸荷载作用下的动态响应和倒塌过程。将该方法应用于某钢框架结构在爆炸荷载作用下的动态响应和连续倒塌分析。结果表明：钢框架结构具有较好的抗爆性能,在发生1000kg TNT当量及以下规模的室外爆炸时,主体结构能够保证安全;在发生1500kgTNT当量及以上大规模爆炸时,发生次梁塌落等局部破坏,亦可能发生结构连续倒塌。     

爆炸冲击波的简化计算方法概述

根据结构内部发生爆炸时,结构物要承受冲击波和准静态气体压力的双重荷载作用,讨论结构内部爆炸荷载计算方法,并给出了结构内部爆炸荷载的计算公式,为建筑结构抗爆设计提供设计依据。     

爆炸荷载作用下全玻幕墙动力放大因子求解

目前GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》对爆炸荷载的动力放大系数没有明确的说明,要求我们根据动力分析结果确定。为了得到作用在全玻幕墙上的爆炸荷载动力放大系数,本文以天津港爆炸事故为背景,依据荷载规范,运用SAP2000有限元对爆炸荷载作用下全玻幕墙的动力响应进行时程分析,得到动力和静力荷载作用下玻璃肋的最大变形和应力,通过比较不同距离处玻璃肋的最大应力和变形得到爆炸荷载的动力放大系数为1.6,可为全玻幕墙的抗爆设计提供了理论依据。     

爆炸荷载下不同约束钢筋混凝土柱的响应分析

结构底层柱在爆炸冲击荷载作用下的破坏会导致整体结构连续性倒塌。本文以理论分析为基础,运用有限元软件LS-DYNA对爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应进行数值模拟。通过建立三维实体钢筋混凝土柱模型,对混凝土材料采用了脆性损伤模型,分析了不同约束情况的柱在不同折合距离时的侧向位移和失效模式。结果表明,不同折合距离下的两端固接柱的压力云图和x向位移具有明显的对称性,相同折合距离下的一端固接一端简支柱的最大压力和x向最大位移均大于两端固接柱。     

混凝土板在近距离化爆作用下的相似分析

通过对爆炸作用的JWL方程和混凝土的HJC模型量纲分析,得到了混凝土板在化学爆炸作用下响应的相似关系,相似关系表明化学爆炸的爆压与比例距离有关,爆炸冲击波载荷作用下,在相同的缩放比例条件下,结构应力和应变满足几何相似模型律。     

防恐建筑结构抗爆防护分类设防标准研究

针对我国尚未制订建筑结构抗爆防护设防标准,制约建筑结构抗爆设计工程应用的现状,研究了适合我国国情的建筑结构抗爆防护分类设防标准。对已发生典型爆炸袭击事件的规模进行了统计分析,确定了建筑结构的抗爆设防烈度;总结爆炸作用下建筑结构破坏特点,确定了建筑结构抗爆防护目标;基于抗爆设防烈度和抗爆防护目标,提出了建筑结构的抗爆防护等级。将建筑结构进行类别划分,确定了不同类别建筑结构的抗爆重要性等级;考虑主要影响因素,确定了建筑结构的爆炸易损性等级;采用风险分析的方法提出了建筑结构的爆炸风险等级。依据抗爆防护等级和爆炸风险等级,建立了建筑结构的抗爆设防标准。基于建筑结构抗爆重要性等级,提出了建筑结构的抗爆设防类别,进而建立了建筑结构的抗爆分类设防标准。     

爆炸作用下地下岩石结构界面反射参数探讨

地下结构反射系数定义为反射场峰值应力除以入射场峰值应力,是确定结构表面荷载分布的重要参数。本文从波的界面效应出发,运用岩土介质与结构相互作用原理,考虑波与介质的耦合效应,重点探讨了地下结构界面反射机理。运用有限元参数变化法,系统地探讨了参数变化对反射系数影响。首先,考虑不同爆源参数特性: 如比例爆距、爆炸当量、爆炸偏角等对界面反射的影响;其次,变化传播介质参数特性,如相对密度、相对弹性模量、相对泊松比对界面反射的影响;最后,变化结构特性参数,探讨不同结构型式和尺寸下的反射系数。研究表明,爆源参数、介质参数和结构参数均对界面反射有影响,各参数影响程度不同。     

基于能量集聚原理的全泄爆间室型结构内爆炸荷载计算

全泄爆间室型结构（简称“全泄爆间室”）内发生爆炸时,冲击波峰压值和冲量值因其在结构内多次反射而增高,精确计算非常困难,为此,进行了大量的试验研究。根据试验波形和数据可知,室内受约束空气冲击波不断反射、冲击,成为能量不断集聚的合成波和密齿形集团冲击波,从而增大了间室内爆炸破坏力。基于能量集聚原理,引进能效系数η,以ηQ表示增大的爆炸药量,并用试验数据控制精度,提出了全泄爆间室结构内爆炸荷载计算方法。     

大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了“八”字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。     

新型柔性索膜结构防护门动力响应分析

索膜结构防护门利用钢板的薄膜力与钢丝绳的悬索力来抵抗爆炸荷载的作用,充分发挥了材料的力学性能。设计了一种索膜结构的防护门,并利用有限元软件ABAQUS对其在爆炸荷载作用下的动力响应进行了研究,充分考虑了接触的影响,并通过修改爆炸荷载的压力时程曲线,对各种不同工况下防护门的技术性能进行了评估。     

Performance of cable-stayed bridge pylons subjected to blast loading

Since the terrorist attacks of 2001, concern about potential car bomb attacks on buildings and infrastructure such as bridges and tunnels has increased tremendously. Design for better performance of these structures subjected to blast load is important to prevent progressive collapse of the structure and catastrophic loss of lives. The objective of this research was to study the performance of hollow steel box and concrete-filled composite pylons of a cable-stayed bridge subjected to blast loads. Car bomb detonation on the deck is assumed to be the most likely scenario to occur. A coupled numerical approach with combined Lagrangian and Eulerian models was used to consider the interaction of the deck and pylon with the air that transfers the explosion effect to the bridge. The non-linear explicit finite element analysis program, MD Nastran SOL700 was used to simulate the spatial and time variation of the blast load as well as blast shock wave-bridge interaction response. The blast resistance of two different types of pylons was investigated in a comparative study. The study established damage patterns of the pylon and showed superior performance of the concrete-filled composite pylon over the hollow steel box pylon. For the hollow steel box pylon, the P-Δ effect on the instability of the pylon subjected to blast load was significant.     

多层框架结构在其地下室内部爆炸冲击下的连续倒塌机理研究

为了研究框架结构在地下室内部爆炸时的连续倒塌特性,运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA建立了一个含有1层地下室、4层地上结构的钢筋混凝土框架结构分离式模型;考虑钢筋和混凝土共节点的连接方式,采用三阶段模拟法将不同炸药作用位置时结构的连续倒塌模式进行对比,分析梁、板、柱等主要受力构件的具体破坏方式;阐释结构在地下室内部爆炸后的不同倒塌破坏模式。结果表明:地下室内部爆炸发生后地上一层破坏严重,在地下结构柱附近爆炸使得结构节点处破坏严重,从而导致结构的连续倒塌。