粘钢技术在平战功能转换中的应用研究

论文摘要

目前国内大城市正大量建设地下铁道等地下空间工程，且大量存在的大楼地下室和其他地下结构，多数通过功能转换均可作为战时的防空掩体，因此开展人防工程平战功能转换技术的研究，探索人防工程平战功能转换的材料、结构、技术和方法，以保证其功能转换的可靠性、快速性和经济性，是加速人防工程建设事业的需要，是新时期贯彻平战结合方针的重要决策，具有重要的理论意义和实用价值。同时通过采用粘钢技术在临战前将大量民用地下空间转换为防护工程，使可有效地增强城市的总体防御能力，将是21世纪人防工程建设研究的重要课题。 论文围绕粘钢技术及其特点对粘钢用于形成出入口封堵、预制构件与原有构件的连接节点以及粘钢搭接接头的受力分析，结合有限元数值分析，对典型汽车库口部采用粘钢技术封堵进行了系统的研究分析。 论文通过采用摩擦接触单元对搭接接头、粘钢加固梁和双向板进行数值分析，得到搭接接头、粘钢加固梁的界面剪应力分布及双向板的弯矩和剪力，并和解析解进行了对比，结果均较吻合，验证了采用摩擦接触单元分析粘钢界面应力和内力的可行性；通过粘钢实现一典型汽车库人防口部封堵的设计并采用三维有限元进行动力分析，将程序所算得的结构内力进行强度校核后，得出结论：采用粘钢技术对汽车库口部进行封堵是可行的。 通过对粘钢接头结构进行相似设计，在核爆炸压力模拟器中对粘钢接头结构进行了现场试验，通过沿竖向支座钢板的应变分布规律得到钢板—混凝土界面之间的粘结应力，验证了粘钢接头结构在6级和5级人防爆炸冲击波下可安全使用，由此证明了粘钢技术用于平战功能转换的可能性和优越性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及创新性
• 第2章 典型工程功能转换方案研究
• 2.1 概述
• 2.2 平战功能转换的总体方案
• 2.2.1 工程概况
• 2.2.2 转换概述及总体方案
• 2.2.3 口部功能转换
• 2.3.3.1 口部的封堵
• 2.3.3.2 加设防护门
• 2.2.4 主体结构的加固
• 2.2.4.1 顶板的加固
• 2.2.4.2 临空墙的加固
• 2.2.5 通风洗消系统的转换
• 2.2.5.1 通风系统的设置
• 2.2.5.2 洗消设备的设置
• 第3章 人防口部粘钢技术及其受力分析
• 3.1 概述
• 3.2 粘接剂种类与性能
• 3.3 粘接接头的设计
• 3.3.1 胶接头设计的原则
• 3.3.2 粘接接头类型
• 3.4 承受压力的搭接接头受力分析
• 3.4.1 假设被粘体的纵向应力沿厚度方向无变化
• 3.4.2 假设被粘体的剪应力沿厚度方向线性变化
• 3.5 承受压力和弯矩的搭接接头受力分析
• 第4章 冲击波作用下粘钢接头结构动力分析原理
• 4.1 概述
• 4.2 封堵板上作用的荷载
• 4.2.1 封堵板上超压
• 4.3 防护结构动力分析的方法
• 4.3.1 动力问题与静力问题的差异
• 4.3.2 单自由度分析
• 4.3.2.1 建立等效的弹簧—质量比拟体系
• 4.3.2.2 求解协调函数X（x）
• 4.3.2.3 动载系数
• 4.3.3 有限元分析动力问题的原理
• 4.3.3.1 一般方程
• 4.3.4 直接积分法
• 4.3.4.1 直接积分法的原理
• 4.3.4.2 直接积分法的步骤
• 4.3.4.3 Newmark法
• 4.4 摩擦接触单元分析界面应力研究
• 4.4.1 两体相互作用的接触面效应
• 4.4.2 接触力学方法
• 4.4.3 摩擦接触单元
• 4.4.3.1 插值形函数
• 4.4.3.2 单元平衡方程
• 4.4.3.3 刚度—约束方程
• 4.4.4 算例
• 4.4 4.1 搭接接头受压的数值模拟
• 4.4.4.2 粘钢加固混凝土梁的数值模拟
• 4.4.4.3 粘钢加固双向板的数值模拟
• 4.4.5 小结
• 第5章 典型工程的计算分析
• 5.1 工程背景
• 5.2 拟选设计方案
• 5.3 计算简图
• 5.3.1 计算区范围
• 5.3.2 等效静荷载
• 5.3.3 边界条件
• 5.3.4 单元划分
• 5.3.5 顶、底板间连杆的刚度
• 5.3.6 材料参数
• 5.4 设计结果及承载力检验
• 5.4.1 计算结果
• 5.4.2 承载力和强度检验
• 5.4.2.1 强度检验的依据
• 5.4.2.2 封堵墙强度检验
• 5.4.2.3 顶板强度检验
• 5.4.2.4 底板强度检验
• 5.4.2.5 竖向钢板强度检验
• 5.4.2.6 结构胶强度检验
• 5.4.2.7 接触面强度检验
• 5.5 小结
• 第6章 爆炸荷载作用下粘钢接头结构的模型试验
• 6.1 概述
• 6.2 试验目的和内容
• 6.2.1 试验目的
• 6.2.2 试验内容
• 6.3 粘钢接头结构模型试验的相似设计
• 6.3.1 相似原理
• 6.3.2 相似原则
• 6.3.3 相似比例
• 6.3.4 粘钢接头结构试验模型的设计
• 6.3.4.1 相似模型试验的基本假定
• 6.3.4.2 相似关系及模型参数
• 6.3.4.3 试验模型
• 6.4 粘接胶双面剪切强度测定试验
• 6.5 试验装置
• 6.6 试件设计与制作
• 6.7 爆炸荷载
• 6.8 测点布置
• 6.9 6级人防爆炸冲击波的试验结果
• 6.10 5级人防爆炸冲击波的试验结果
• 6.11 小结
• 第7章 爆炸荷载作用下粘钢接头结构的计算方法与设计研究
• 7.1 概述
• 7.2 粘钢接头结构的试验模型等效静荷载（6级人防）
• 7.2.1 爆炸等效静荷载的确定原则
• 7.2.2 爆炸荷载作用下的动力计算简图
• 7.2.2.1 计算区范围
• 7.2.2.2 冲击波荷载
• 7.2.2.3 边界条件
• 7.2.2.4 单元划分
• 7.2.2.5 材料参数
• 7.2.3 爆炸等效静荷载作用的静力计算简图
• 7.2.4 计算结果
• 7.2 4.1 动力计算
• 7.2.4.2 等效静力计算
• 7.2.4.3 最大位移和内力对比
• 7.2.4.4 试验模型的等效静荷载
• 7.3 粘钢接头结构的试验模型等效静荷载（5级人防）
• 7.3.1 爆炸等效静荷载的确定原则
• 7.3.2 爆炸荷载作用下的动力计算简图
• 7.3.3 爆炸等效静荷载作用的静力计算简图
• 7.3.4 计算结果
• 7.3.4.1 动力计算
• 7.3.4.2 等效静力计算
• 7.3.4.3 最大位移和内力对比
• 7.3.4.4 试验模型的等效静荷载
• 7.4 对粘钢接头结构承载力和强度的检验
• 7.4.1 计算结果
• 7.4.2 承载力和强度检验
• 7.4.2.1 强度检验的依据
• 7.4.2.2 封堵钢板检验
• 7.4.2.3 混凝土墙强度检验
• 7.4.2.4 竖向钢板强度检验
• 7.4.2.5 结构胶强度检验
• 7.4.2.6 接触面强度检验
• 7.5 对粘钢接头结构采用等效静荷载的设计优化的建议
• 7.6 试验模型参数的研究
• 7.6.1 结构胶的弹性模量对界面应力最大值的影响
• 7.6.2 胶层厚度对界面应力最大值的影响
• 7.6.3 钢板厚度对界面应力最大值的影响
• 7.6.4 竖向钢板长度对界面应力最大值的影响
• 7.6.5 竖向钢板宽度对界面应力最大值的影响
• 7.6.6 不同冲击波荷载对界面应力最大值的影响
• 7.6.7 小结
• 第8章 结语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与科研成果