45°侧顶爆地下拱形结构的荷载分布规律数值模拟研究

拱形结构作为地下工程主要的结构形式之一,其在爆炸荷载下的荷载分布规律直接影响着结构的破坏模式及等级.因此,为了研究45°侧顶爆地下拱形结构的荷载分布规律,首先进行了混凝土靶内爆模型试验,由此探究爆炸应力波在混凝土内的传播及分布规律;其次采用验证过的数值算法进行了45°侧顶爆地下拱形结构近爆仿真计算,分析研究地下拱形结构...     

爆炸作用下地下直墙拱结构动荷载分布规律试验研究

为研究集中装药爆炸条件下地下直墙拱结构被覆段的荷载分布规律,通过野外抗爆模型试验测试土中自由场应力以及拱结构表面各点荷载的应力时程曲线。采用数据拟合与归一化方法,得到拱结构横断面及纵断面的荷载峰值分布规律包络图,并将测试结果与理论方法、数值手段的研究结果进行对比验证。结果表明,地下拱结构承受的动荷载与理论方法、数值手段得到的基本规律一致,呈类三角形分布。根据荷载分布情况,结合荷载作用面积的等效原理,提出局部动载的简化计算公式,给出地下拱结构抗化爆的荷载计算步骤。     

地下爆炸的地表运动研究

将整个地下爆炸破坏区看成爆炸地震波的震动源,根据爆炸等效荷载理论和爆炸近区破坏理论,得到用速度表达的空腔边界荷载。提出地下爆炸震源的简化计算模型,将地下爆炸的地表响应转化为弹性半空间内球面膨胀波的传播和反射问题。运用不完全分离变量法的理论计算爆炸地震波在半空间内传播,得到地表质点响应的运动场。以数值计算为基础,定量分析地下爆炸的地表运动,得到地表最大质点速度的指数衰减规律。与国内外试验得到的经验公式进行对比,验证该计算方法的正确性。     

地下爆炸的地表运动研究

将整个地下爆炸破坏区看成爆炸地震波的震动源,根据爆炸等效荷载理论和爆炸近区破坏理论,得到用速度表达的空腔边界荷载.提出地下爆炸震源的简化计算模型,将地下爆炸的地表响应转化为弹性半空间内球面膨胀波的传播和反射问题.运用不完全分离变量法的理论计算爆炸地震波在半空间内传播,得到地表质点响应的运动场.以数值计算为基础,定量分析地下爆炸的地表运动,得到地表最大质点速度的指数衰减规律.与国内外试验得到的经验公式进行对比,验证该计算方法的正确性.     

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。     

地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验研究

近期研究证明,静力加载可以反映地冲击荷载作用下地下结构的整体弯曲变形和局部破坏状态,为采用等效静力试验方法获取结构抗爆性能相关参数提供新的思路。针对某深埋于围岩介质中的直墙圆拱结构,设计了3∶10几何缩比的试验模型,开展了围岩介质中深埋地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验,以结构圆拱挠度为抗爆性能指标,记录并分析了地下结构的变形、受力和破坏状态。试验结果表明,静力加载作用下,深埋地下结构呈现与动力爆炸荷载下相同的拱顶塌陷、墙体剥离的整体受压破坏模式。结构拱顶在荷载达到800 kN时出现混凝土开裂,超过1 200 kN后钢筋开始屈服、断裂;结构模型的峰值承载力为1 600 kN,超过此荷载,结构发生严重破坏。     

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.     

地下强爆炸岩石破坏动力效应分析

为研究地下强爆炸岩石破坏动力效应,借助有关地下爆炸试验成果,研究强爆炸作用下岩石的单轴抗压强度、纵波速度及孔隙度等物理力学性状的变化规律,分析初始荷载强度、荷载压力波形等爆源参数对爆炸破坏效应的影响,对爆炸近区、剪切破碎区及非破坏荷载区岩石的状态方程分别进行阐述.结果表明:在地下强爆炸近区,岩石的单轴抗压强度降低,在距爆心35～40 m/kt1/3的比例距离,岩石的单轴抗压强度与没有破坏时的单轴抗压强度值接近;爆源参数对岩石动力破坏效应有较大影响;破坏区半径、药室腔壁膨胀速度及最大质点速度等随爆源初始荷载强度的增大而增加;裂缝开展及分布尺度受荷载率的控制.     

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。     

爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较

运用显式动力有限元分析软件LS-DYNA建立了一个四层两跨钢筋混凝土框架结构的有限元模型,并对其施加爆炸荷载,在爆炸荷载仅引起结构关键柱失效的情况下,研究了不同比例距离爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动力响应及倒塌过程;同时采用美国国防部2009年出台的建筑物抗连续倒塌设计规范UFC 4-023-03中推荐使用的替代传力路径法对相同的四层钢筋混凝土框架结构进行了非线性动力连续倒塌分析。通过比较研究上述数值分析结果,揭示了UFC 4-023-03规范推荐使用的替代传力路径分析方法的不足,进而对考虑爆炸荷载作用的结构抗连续倒塌分析设计方法的改进提出了设想。研究结果表明:通过引入爆炸荷载放大系数来考虑爆炸荷载作用的影响具有更广的适用范围。     

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。     

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。     

地下空间爆炸冲击波传播规律研究

炸药在地下受限空间爆炸时产生的冲击波由于受到周围介质的限制,会发生反射和叠加,其产生的爆炸冲击波流场远比自由场复杂。考虑直墙圆拱形坑道较圆形坑道其爆炸冲击波传播规律更为复杂,以某大断面直墙圆拱形坑道为研究对象,采用三维多物质任意拉格朗日欧拉(ALE)算法,对冲击波荷载的分布规律进行了数值模拟,对比分析了不同炸药高度和药包形状对爆炸流场的影响规律。结果表明:坑道壁面压力峰值衰减曲线受壁面位置、装药形状及炸高情况影响较大,尤其在近爆区与目前所用的经验公式差异较大,但随传播距离的增加,衰减曲线趋于一致,在进行结构抗爆设计时需区别对待。     

侧向爆炸作用下地下拱形结构动力响应

当爆点偏向结构一侧时,结构会发生部分受荷的情况,从而导致结构的内力及破坏形式发生变化;讨论爆点位于侧向时结构的受荷范围,给出荷载计算公式;将地下结构与周围介质的相互作用关系等效成为一种阻尼作用,从而在结构动力方程中加入相互作用因素,通过方程求解得到结构振动响应的解析解;利用这种方法推导出远场任意角度爆炸荷载作用下结构的响应计算公式,并在侧向爆炸条件下得到结构的位移和最大弯矩分布曲线。     

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。     

地表爆炸荷载作用下的埋地管道应力分析

城市地下管线是保障城市运行的重要基础设施和"生命线",近年来,由地下管网问题导致管线爆裂等事故呈高发态势。确保埋地管道的安全使用,对保障城市安全具有重要意义。对于地表爆炸荷载作用下埋地管道应力如何计算、应力分布有何特点及其是否安全,是一个值得研究的问题。基于模拟的爆炸荷载,在考虑不同管道埋深、爆心距和炸药当量的情况下,利用FLAC3D软件模拟获得了爆炸荷载作用下埋地管道的响应,并对管道的变形、应力及应力分布特点进行了分析。通过最大Von Mises应力失效准则对管道进行安全性评价,得出了一定范围内背爆面的管壁更易遭到受拉破坏,且爆心距大于15 m的埋地管道基本不受影响的结论。研究成果对于埋地管道防灾减灾具有一定的意义。     

爆炸荷载作用下桥梁结构易损性分析研究现状与展望

与地震荷载相比,爆炸荷载具有高频、短持时、高峰值等特点,爆炸荷载作用下桥梁结构以局部损伤破坏为主,直接采用桥梁地震易损性分析理论对桥梁爆炸易损性问题进行研究存在一定问题。因此,在已有的桥梁地震易损性研究基础上,结合爆炸荷载及桥梁结构特性,提出了桥梁爆炸易损性分析的基本概念及关键问题,建立桥梁爆炸易损性分析的基本方法及步骤,可为桥梁抗爆设计、灾后评估重建以及工程投资决策提供参考。     

多孔结构对地下综合管廊燃气爆炸的抑制效应

地下综合管廊应用广泛,燃气泄漏致爆的冲击荷载会对管廊结构内外造成严重破坏。为降低地下综合管廊燃气舱内的爆炸危害,利用Fluent软件对内置多孔结构燃气舱内甲烷/空气预混气体的爆炸过程进行模拟,从管廊内燃气舱结构抗爆角度研究孔隙率分别为40%、50%、60%时的爆炸传播规律、温度抑制效应及爆炸超压衰减效应。基于熄爆参数指标,从爆炸超压和火焰温度两方面综合评估多孔结构对爆炸的抑制效果。结果表明：当多孔结构的孔隙率大于58.4%时,其对爆炸传播的抑制机制占主导作用,能有效抑制爆炸的传播;抑制效果与孔隙率参数存在线性关系,内置孔隙率越大的多孔结构工况对爆炸扰动越显著,最大温度可抑制8%,最大超压可衰减38%,最大速度可降低33%。     

爆炸压强在建筑物表面分布的数值模拟

应用显式动力有限元软件AUTODYN建立了建筑物外部爆炸波传播的数值分析模型,分析了建筑物表面爆炸压强的分布规律,为在建筑物的抗爆设计中确定爆炸荷载模型提供了理论依据。     

岩石爆炸动力学的若干进展

 论述岩石爆炸动力学原理及其工程应用研究近年来的若干进展,主要内容包括爆炸空腔范围以及各类破坏区范围的理论确定方法,地下爆炸近区的“短波”和“弱波”理论,爆炸远区——弹性区的运动和力学参数以及地下爆炸时岩石破碎等理论研究成果。同时还介绍了实验室条件下均匀介质中爆炸效应的规律和地应力、裂隙、浅埋时等不均匀、不连续性影响因素的实验室模拟爆炸试验研究。在相关研究的基础上,给出实际岩体中的爆炸效应试验,包括近区破坏效应、远区地震效应、不可逆变形区以及地下爆炸和浅埋(抛掷和定向)爆炸中相似关系的最新成果。此外,简要介绍岩石爆炸动力学在不同领域中的工程应用,并就今后岩石爆炸动力学研究的展望阐述一点认识。