燃气爆炸荷载作用下地下综合管廊动力响应

地下综合管廊在城市化建设中扮演着重要角色,其安全是城市正常运营的重要保障.依托工程实例,采用有限元软件ABAQUS建立管廊–土相互作用模型,分析管廊在燃气爆炸荷载作用下的动力响应和抗爆性能,进一步分析爆炸荷载的峰值和持时对地下管廊抗爆性能的影响.结果表明,燃气爆炸荷载作用下,管廊内墙的响应最大,且燃气爆炸荷载负压对管廊...     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

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.     

燃气爆炸荷载作用下综合管廊破坏历程研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,结合MAT_72R3和HJC两种混凝土本构模型,建立地下综合管廊(有3个舱,电力舱靠左侧,综合舱居中,燃气舱靠右侧)三维模型,对燃气爆炸荷载作用下管廊损伤破坏历程和周围土体动力响应进行了数值模拟。研究结果表明:地下综合管廊结构的损伤破坏历程是由燃气舱局部损伤破坏逐渐扩展至综合舱和电力舱,燃气舱主要向四周扩张;管廊各测点在爆炸荷载作用下产生的最大水平位移均大于最大竖向位移;在爆炸荷载作用下,管廊燃气舱顶板的振动现象明显且速度呈现周期性衰减变化;由于燃气舱直接承受爆炸荷载作用,最大速度发生在燃气舱右侧壁测点。建议工程实践中在燃气舱和其他舱室之间设置一定的缝隙,以阻碍爆炸应力波向其他舱室扩展,从而避免其他舱室进一步发生破坏。在实际设计管廊时,应增强管廊的抗滑移能力。     

爆炸荷载作用下盾构隧道动力响应数值分析

盾构法因其适应性强、施工质量好和对环境干扰小等诸多优势在城市地下空间开发中得到了广泛的应用,但由于盾构隧道衬砌是由管片拼装而成的装配式结构,其整体性要劣于整体式衬砌。为考察盾构隧道的抗爆动力性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了考虑管片与管片间、管片螺栓间、管片与土体接触以及钢筋与混凝土耦合的有限元模型,以典型的地铁区间盾构隧道为例,分析了爆炸对盾构隧道结构的破坏作用机理,研究了管片以及连接螺栓的破坏特性。研究结果可为盾构隧道结构防护设计提供参考。     

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线.并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式.对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不...     

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。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟

考虑了高应变率下混凝土和钢筋的动态本构模型,根据已有试验资料对炸药、钢筋混凝土构件和两者之间的空气建立数值模型,使用显式动力有限元软件LS-DYNA模拟了空气中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土构件和爆炸荷载作用下构件动力响应的全过程。结果表明,钢筋混凝土构件受到爆轰冲击的作用区域主要集中在构件迎爆面,构件背爆面受到的绕射冲击作用相比可以忽略;构件内应力波的传播不规则,同一位置处剪切应力波峰值早于弯曲应力波出现,构件的易损部位和爆轰冲击的主要作用位置有关,构件中部较端部更易发生弯曲破坏,而端部较中部更易发生剪切破坏。数值模拟结果和试验数据具有较好的一致性。成果表明,本文的数值模拟方法可以更准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的破坏机理和研究构件抗爆能力。     

燃气管道爆炸冲击下邻近基坑动力响应

为更好的进行基坑的抗爆优化设计,深入研究基坑爆炸荷载动态响应尤为重要。基于有限元分析软件LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,建立土-基坑有限元计算模型,设计了9组爆炸工况,计算并分析了基坑结构和附近土体的变形情况。结果表明：靠近爆炸源一侧的地连墙塑性变形较大,爆炸损伤部位主要集中于基底和地连墙连接处。靠近爆炸源一侧土体出现变形,导致基底以下部位的地连墙产生塑性变形。远离爆炸源一侧的损伤部位则为第四道内支撑与该侧地连墙的连接位置,需要加强这一连接处的加固措施。     

地震作用下跨地裂缝的地下综合管廊动力响应研究

以西安市幸福林带地下综合管廊项目为例,采用了Abaqus有限元软件对跨地裂缝的地下综合管廊结构进行动力时程分析,找出了跨地裂缝管廊结构在地震作用下的动力响应规律。结果表明:在地震作用下,跨地裂缝的管廊结构底板加速度响应和位移响应显著,应力集中现象更明显,易出现破坏,尤其是在地裂缝附近的管廊结构反应更加剧烈;处于场地上盘的管廊结构会发生沉降,处于场地下盘的管廊结构会出现脱空,管廊结构随着土体的变形而发生相应的变形;随着地震强度增大,管廊结构的竖向位移也随之增大,且低频成分较多的地震波对结构的破坏更严重。     

综合管廊燃气舱燃气泄漏安全响应研究

通过 Fluent 数值模拟及实验结果验证的方法,对于管廊内燃气泄漏后的安全响应问题进行分析研究。结果表明：当管廊发生燃气泄漏,燃气报警器响应时,启动事故通风并降低管道压力至 0.4 MPa,通风 150 s 后可进行在线修补;设定管道的切断浓度为爆炸下限的 45%,若报警器处浓度低于切断浓度,则继续进行事故通风并降低管道压力至 0.08 MPa,150 s 后可进行在线修补;若报警器处浓度高于切断浓度,则紧急切断,通风 310 s 后可进行管道修补。     

综合管廊内燃气管道抗震计算分析

分析综合管廊内燃气管道抗震计算方法,采用CaesarⅡ应力计算软件模拟分析地震偶然载荷对综合管廊内燃气管道应力、支架受力的影响。地震状态下的偶然载荷对综合管廊内燃气管道的一次应力有影响,但影响不大。地震状态下固定支架轴向最大受力与非地震状态相比增幅较大,滑动支架、导向支架、导向支架(无支撑)的最大受力与非地震状态相比有所增加。     

柱承式网架结构在连续爆炸荷载作用下的动力响应

利用ABAQUS有限元软件对柱承式网架结构在连续两次爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟。结果表明:第一次爆炸后网架的部分杆件屈服,结构整体产生了一定残余变形,这些结构损伤加剧了第二次爆炸荷载作用下结构的破坏;屋顶的爆炸荷载导致该网架结构产生较大的下挠,故在有类似抗爆需求的大跨屋盖设计中,屋顶的爆炸荷载必须引起足够的重视;网架平板支座的抗剪连接构造是柱承式网架结构抗爆的薄弱环节并提出了几种提高网架支座抗剪承载力的加固措施。     

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%。     

地震作用下隧洞动力响应数值分析

运用FLAC^3D对某无衬砌土质隧洞在地震作用下的动力响应进行了研究,根据位移时程及剪应变增量的变化分析了其破坏机制和规律。计算结果表明:地震作用下由于隧洞临空面对地震波的放大效应,在离临空面一定距离的土体初始将产生一定的永久位移,之后随时间开始收敛,此处土体最终保持了稳定状态;而临空面附近的土体则完全处于屈服状态,位移不随时间收敛,一直向临空面滑移,直至破坏;最大剪应变增量首先出现在侧墙部位,随着地震的持续其范围迅速扩大并向拱顶延伸,同时在拱顶也出现最大剪应变区,当拱顶和侧墙最大剪应变区完全贯通时,隧洞就产生了整体破坏;剪应变增量随地震作用的时间而增大,但增长速率随着地震的持续而减小。研究结果为土质隧洞的抗震设计提供一定的借鉴。     

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。     

高温与爆炸作用下轻钢柱动力响应与破坏模式数值分析

采用有限元数值分析方法,研究高温与爆炸荷载联合作用下轻钢结构柱的动力响应与破坏模式规律,在分析中考虑不同火灾温度与不同爆炸冲击荷载峰值,以及在相同爆炸荷载峰值下不同冲击荷载峰值出现时间等参数的影响。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立实体轻钢柱模型,根据欧洲规范3建议的升温曲线及不同温度条件下材料性能参数,确定钢材的弹性模量、剪切模量、屈服强度等参数。选定在特定温度点对钢柱施加爆炸荷载,分析时考虑应变率效应。数值分析结果表明:相同爆炸荷载作用下随着火灾过程中温度的升高,轻钢柱跨中变形增大,轻钢柱的损伤更明显;相同爆炸荷载峰值作用下爆炸荷载峰值出现时间越小,轻钢柱跨中变形越大;在高温下发生爆炸轻钢柱的变形要比常温的明显,由于高温使轻钢柱的材料性能急剧降低,使高温和爆炸荷载作用下的轻钢柱破坏模式明显不同于常温下的破坏模式。