钢筋混凝土框架砌体填充墙结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应研究

论文摘要

当前和平与发展是时代的主旋律,但是在和平的旋律中存在着一些不稳定的因素,那就是恐怖主义。随着恐怖主义的蔓延,炸药爆炸这种手段越来越多被恐怖分子所利用,这种爆炸恐怖活动对国际社会的和平与安宁造成了巨大威胁,成为危害国家安全和社会稳定的主要因素。除了恐怖袭击引起的爆炸以外,还有燃气爆炸、工业生产中的突发爆炸等意外事件,所以对爆炸防护设计原理及技术措施的研究是一个现实而迫切的课题。研究结构在爆炸冲击荷载下的破坏分析是防爆抗爆的一个重要领域。现在对于各种突发性爆炸冲击荷载下,有效地设计和防护结构或构件的研究还没有一套完整的理论,还需要不断的探讨和研究。本文主要对爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土框架砌体填充墙结构的动力响应进行了数值模拟。运用有限元软件LS-DYNA建立框架结构实体模型进行计算,推导出在爆炸荷载作用下防止钢筋混凝土框架砌体填充墙结构倒塌和破坏时所需的安全折合距离,并将得出的结果与有关文献的研究成果和规范说明进行比较。文中分别取了四种折合距离,计算了四种不同折合距离时结构的动力响应,并给出了在不同时刻钢筋混凝土框架砌体填充墙结构的位移响应云图,塑性应变云图,Von Mises应力云图,柱中节点的位移时程曲线以及梁跨中节点的位移时程曲线。得到以下结论:爆炸荷载作用下结构的响应随着折合距离的增加会产生一系列的变化,根据不同折合距离时结构的位移响应云图,塑性应变云图,Von Mises应力云图可以将钢筋混凝土框架砌体填充墙结构的破坏级别定义为钢筋混凝土框架的倒塌;砖砌体边墙的倒塌;砖砌体前墙的倒塌;过度破坏等四类。随着折合距离的增大,而爆心与结构的距离不变,爆炸荷载的压力峰值相对减小许多,所以构件的位移会相应减小很多。本文建立了钢筋混凝土框架砌体填充墙结构模型,得出了不同折合距离下结构的破坏形式及其安全折合距离,对结构的抗爆设计可以提供有效的依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究意义及现状
• 1.2.1 爆炸空气冲击波荷载
• 1.2.2 爆炸分析、结构试验和有限元模拟的研究现状
• 1.2.3 钢筋混凝土框架砌体填充墙结构在爆炸荷载下的动力响应的研究现状
• 1.3 有限元分析的优点和意义
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 爆炸与冲击荷载的基本理论
• 2.1 爆炸荷载的基本概念及参数
• 2.1.1 自由空气爆炸荷载
• 2.1.2 表面爆炸荷载
• 2.2 炸药爆炸后空气冲击波的形成和传播
• 2.3 结构冲击理论
• 2.4 爆炸荷载作用下结构响应运动平衡方程
• 2.4.1 动力方程的建立及求解
• 2.4.2 质量矩阵
• 2.4.3 阻尼矩阵
• 2.4.4 有限元模型的建立与求解
• 2.5 本章小结
• 第三章 钢筋混凝土框架砌体填充墙结构的材料本构模型
• 3.1 框架结构力学模型
• 3.2 砖砌墙体的材料模型
• 3.2.1 砖砌体材料的均匀化动态本构模型
• 3.2.2 砖砌体材料的均匀化材料模型
• 3.3 钢筋混凝土框架的材料模型
• 3.3.1 钢筋混凝土材料本构关系
• 3.3.2 混凝土材料的动态本构模型综述
• 3.3.3 混凝土材料的材料模型
• 3.3.4 钢筋的材料模型
• 3.4 钢筋混凝土及砌体墙的材料模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 爆炸荷载下钢筋混凝土框架砌体填充墙
• 4.1 有限元程序ANSYS 以及ANSYS/LS-DYNA 简介
• 4.1.1 ANSYS 简介
• 4.1.2 ANSYS/LS-DYNA 简介
• 4.1.3 ANSYS/LS-DYNA 前、后处理及求解步骤介绍
• 4.1.4 ANSYS/LS-DYNA 的特点
• 4.1.5 ANSYS/LS-DYNA 算法
• 4.1.6 单点高斯积分和沙漏控制
• 4.2 计算实例
• 4.3 计算模型
• 4.3.1 材料模型及其参数的确定
• 4.3.2 边界条件及施加的荷载
• 4.3.3 求解
• 4.4 计算结果分析及结论
• 1/3时'>4.4.1 折合距离为1.00m/kg^1/3时
• 1/3时'>4.4.2 折合距离为1.84m/kg^1/3时
• 1/3时'>4.4.3 折合距离为2.31m/kg^1/3时
• 1/3时'>4.4.4 折合距离为3.38m/kg^1/3时
• 4.4.5 柱中节点的位移时程曲线
• 4.4.6 梁跨中节点的位移时程曲线
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果
• 获奖情况
• 致谢