恐怖爆炸荷载作用下地铁车站的冲击反应与防护技术研究

论文摘要

地铁以其独特的优势,在世界上很多国家得到了广泛的应用。随着我国城市化进程的发展,一轮地铁建设热潮正在全国各大城市出现。然而,当今世界,恐怖活动日益泛滥,对国际社会安全造成了严重威胁。城市地铁车站具有人群密集,环境封闭的特点,一旦发生恐怖爆炸袭击,爆炸冲击波除造成人员伤亡外,可能会引起结构强烈的动力响应,甚至连续倒塌,还可能引起周边建筑物的破坏,将严重威胁人民的生命和财产安全。为了实现地铁车站在遭受爆炸恐怖袭击时不至于造成严重破坏甚至连续性倒塌,对恐怖爆炸袭击中炸药当量的估算、爆炸冲击波在地铁车站内的传播规律、爆炸荷载作用下地铁车站结构的冲击反应以及地铁车站抗爆加固等进行了分析研究。爆炸袭击中炸药当量的估算一直是进行地铁地下结构应对恐怖爆炸防护技术研究的前提。由于恐怖爆炸事件的特殊性,地铁隧道在恐怖爆炸荷载下的响应和破坏数据难以收集,论文对比分析了现有的炸药估算方法的合理性和准确性,指出各自的优缺点和适用的范围,在此基础上通过收集整理全球范围内针对地铁隧道的恐怖爆炸袭击事件,利用爆炸冲击波峰值超压计算公式,以及标准TNT炸药表面爆炸空气冲击波曲线对相应当量炸药的超压进行计算,进而评价其杀伤力和破坏力；以流体力学和爆炸力学为理论基础,利用LS-DYNA3D软件,采用流固耦合分析算法,针对地铁车站中多元化的复杂环境,建立地铁车站的三维模型。对距离地铁车站站台地面1.0m的15kgTNT炸药爆炸时的爆炸流场进行模拟,分析超压、质点速度和加速度的衰减分布规律,以及对地铁车站结构的影响效应。根据地铁车站实际的工程结构特点,结合国内外建筑物构件抗爆防护措施的研究成果,通过对比各种抗爆防护方案的优缺点,提出费效比合理的现有地铁车站结构的抗爆防护措施,为新建地铁车站的抗爆设计提出指导性建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.3 主要研究内容
• 2 炸药爆炸当量的估算
• 2.1 现场作用痕迹估算法
• 2.2 峰值超压估算法
• 2.3 数值模拟估算法
• 2.4 爆炸相似模型试验
• 2.5 质点振动估算法
• 2.6 小结
• 3 爆炸冲击波的传播规律与地铁车站的动力响应研究
• 3.1 材料模型及状态方程
• 3.2 地铁车站模型的确定
• 3.3 LS-DYNA与流固耦合算法
• 3.4 爆炸冲击波在地铁车站内的传播规律
• 3.5 爆炸荷载作用下地铁车站的动力响应
• 3.6 小结
• 4 地铁车站的防护研究
• 4.1 建筑物抗爆防护的现状
• 4.2 建筑物抗爆防护的技术研究
• 4.3 外包钢技术在抗爆防护中的应用
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的主要成果
• 致谢