钢筋混凝土梁在爆炸作用下的响应与可靠性

论文摘要

二次世界大战以来,研究爆炸冲击作用下结构的塑性动力响应,评价结构对冲击爆炸的承载能力,一直是国防和民用工业领域中关注的问题。当前人们最为关注的主要问题是：爆炸作用时及爆炸作用后工程结构的安全可靠性问题。本文以钢筋混凝土简支梁为研究对象,采用理论分析、数值模拟等手段对其在爆炸冲击作用下的响应及可靠性进行研究和探索。主要研究内容如下：（1）对防护结构在钢筋混凝土结构设计时所采用的近似计算方法进行了阐述。将钢筋混凝土梁视为单质点体系,基于理想弹塑性理论,通过对其运动方程求解,得到了单自由度体系内力和位移的弹塑性动力曲线；最后基于单质点的弹簧-质量体体系,给出了一种更为简单的弹簧质量比拟法,供防护工程设计参考。（2）利用大型有限元程序LS-DYNA为工具,给出了一个新的荷载生成方法和钢筋模拟方法；通过算例得到了爆炸冲击作用下考虑钢筋作用的钢筋混凝土梁弯曲失效、脆性失效和直剪失效的模式,部分数值计算结果和实验数据吻合较好。（3）利用两个联系在一起的SDOF系统,分别代表弯曲失效和直剪失效模式,采用一次二阶矩（FOSM）法和样本拟合方法,考虑材料强度、结构尺寸和爆炸作用参数的统计变异以及应变率效应对材料强度的影响,对按照我国现行规范设计的钢筋混凝土简支梁,利用文献中有价值的经验公式,在遭受不同幅值与持续时间的爆炸冲击压力作用下,不同跨度的简支梁的可靠性进行了研。（4）对构件跨度的影响性进行了分析,基于选定的随机变量以及数值模拟计算结果,建立了一个根据峰值反射压力Prmax、荷载持续时间t0、表面面积A和跨度L来判断失效模式的半解析的边界条件,来判断给定构件在已知爆炸压力作用时,构件的失效模式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 爆炸作用下混凝土结构可靠性研究的特点
• 1.3 爆炸作用下混凝土结构动态响应研究
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 研究方法
• 1.4 钢筋混凝土结构可靠性分析方法
• 1.4.1 可靠性分析方法
• 1.4.2 国内外研究现状
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 爆炸作用下钢筋混凝土简支梁动力响应分析
• 2.1 单自由度体系的弹塑性动力分析
• 2.2 梁的弹塑性动力分析
• 2.2.1 弹性阶段动力分析
• 2.2.2 塑性阶段动力分析
• 2.3 弹簧-质量比拟法
• 2.3.1 质量系数
• 2.3.2 状态方程及近似解
• 2.4 本章小结
• 第3章 钢筋混凝土梁在爆炸作用下的数值分析
• 3.1 研究对象
• 3.2 混凝土材料本构模型
• 3.2.1 LS-DYNA中的常用模型
• 3.2.2 损伤-塑性本构模型
• 3.3 钢筋混凝土简支梁考虑钢筋时的有限元数值模拟
• 3.3.1 有限元模型描述
• 3.3.2 材料状态方程
• 3.3.3 钢筋模拟方法
• 3.3.4 数值模拟及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢筋混凝土梁在远场爆炸作用下的可靠性
• 4.1 可靠性评估模型
• 4.1.1 均值一次二阶矩法（FOSM）
• 4.1.2 改进的一次二阶矩法（AFOSM）
• 4.1.3 钢筋混凝土简支梁抗力响应模型
• 4.2 功能函数公式
• 4.3 可靠性评估模型
• 4.3.1 结构模型
• 4.3.2 随机变量
• 4.3.3 失效准则及计算方法
• 4.4 两种失效模式可靠性评估
• 4.5 失效概率影响因素定性分析
• 4.6 梁跨度影响分析
• 4.7 失效模式判别准则
• 4.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历