發(fā)布時間：2020-10-17 22:18

　　 21世紀以來,世界各地頻繁發(fā)生恐怖襲擊和意外爆炸事故,爆炸沖擊波作用于建筑結(jié)構(gòu)上造成結(jié)構(gòu)破壞甚至發(fā)生倒塌,對人們的生命財產(chǎn)造成極大損害,因此建筑結(jié)構(gòu)的抗爆研究已成為近年來結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的重要課題。近年來,大量關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究表明,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的抗爆性能,在結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計中有很大的潛力。目前對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗爆研究主要集中于鋼管混凝土柱構(gòu)件的抗爆研究中,對于梁柱連接的節(jié)點位置的抗爆性能研究甚少,而節(jié)點位置作為框架結(jié)構(gòu)得以形成的關(guān)鍵部位,其對保證整個結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。因此,研究鋼管混凝土框架節(jié)點的抗爆性能對建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計具有重要的理論和實際意義。本文根據(jù)課題組此前于南京所做的鋼管混凝土試件的爆炸試驗,使用LS-DYNA有限元軟件,建立炸藥、空氣、鋼管和混凝土模型,對鋼管混凝土試件在2號巖石乳化炸藥爆炸作用下的動力響應(yīng)全過程進行模擬,分析爆炸沖擊波產(chǎn)生、傳播、作用在試件迎爆面上以及試件發(fā)生響應(yīng)的全過程,通過對比有限元模型和試驗中的試件變形形態(tài)、測點超壓時程曲線、沖量時程曲線、位移時程曲線等關(guān)鍵數(shù)據(jù),驗證有限元模型參數(shù)以及材料參數(shù)的準確性。根據(jù)已驗證的有限元模型參數(shù)和材料參數(shù),建立圓鋼管混凝土框架外加強環(huán)邊柱、角柱節(jié)點的爆炸試驗有限元模型,并提出一種適用于大規(guī)模結(jié)構(gòu)爆炸試驗模擬的“改良定義荷載曲線法”,即先采用直接模擬法計算得到所需研究的炸藥在爆轟時產(chǎn)生的超壓荷載時程曲線,然后把荷載曲線以均布荷載的形式施加于結(jié)構(gòu)迎爆面上,以達到計算精度和計算效率的平衡。使用該法對圓鋼管混凝土框架外加強環(huán)邊柱、角柱節(jié)點進行抗爆性能研究,分析節(jié)點的變形情況、關(guān)鍵點位移、加強環(huán)板應(yīng)力及梁柱應(yīng)力等數(shù)據(jù),研究節(jié)點在爆炸荷載作用下的破壞機理,并通過大量有限元模型的計算,分析比例距離、材料強度、鋼管壁厚、加強環(huán)板寬度和加強環(huán)板厚度對節(jié)點抗爆性能的影響。結(jié)果表明采用“改良定義荷載曲線法”能準確模擬結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的動力響應(yīng),圓鋼管混凝土框架外加強環(huán)邊柱、角柱節(jié)點有較好的抗爆能力,在大當量炸藥爆炸時,框架梁對節(jié)點區(qū)域有很強的支撐作用,能有效限制節(jié)點區(qū)域的位移,爆炸中節(jié)點的薄弱部位出現(xiàn)在型鋼梁與加強環(huán)板連接的部位以及鋼管混凝土柱跨中。在相同工況下,外加強環(huán)角柱節(jié)點擁有比邊柱節(jié)點更優(yōu)的抗爆性能。同時,參數(shù)分析顯示比例距離對節(jié)點破壞情況有顯著影響,比例距離越大,節(jié)點破壞情況越輕微,材料強度、鋼管壁厚、加強環(huán)板厚度和型鋼梁上下翼緣板厚度的增加均能在不同程度上增加節(jié)點的抗爆性能,而在用鋼量增量一定的前提下,增加鋼管厚度比增加加強環(huán)和型鋼梁上下翼緣板厚度更能增強節(jié)點的抗爆性能。
【學位單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU398.9
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 選題背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼管混凝土構(gòu)件的抗爆抗沖擊性能研究
        1.2.2 鋼管混凝土構(gòu)件在爆炸作用下的數(shù)值模擬
        1.2.3 鋼管混凝土框架節(jié)點的性能研究
    1.3 本文的研究內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
第二章 炸藥爆炸和爆炸沖擊波
    2.1 爆炸基本現(xiàn)象
    2.2 爆炸沖擊波
        2.2.1 爆炸沖擊波在空氣中的傳播
        2.2.2 爆炸沖擊波的危害
        2.2.3 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的爆炸荷載
    2.3 2號巖石乳化炸藥
        2.3.1 2號巖石乳化炸藥的爆轟性能
        2.3.2 炸藥爆轟產(chǎn)物的JWL狀態(tài)方程
    2.4 材料的應(yīng)變率強化
        2.4.1 鋼材的應(yīng)變率強化
        2.4.2 混凝土的應(yīng)變率強化
    2.5 本章小結(jié)
第三章 鋼管混凝土試件的爆炸全過程模擬
    3.1 數(shù)值模擬簡介
        3.1.1 ANSYS/LS-DYNA簡介
        3.1.2 ANSYS/LS-DYNA分析流程
        3.1.3 ANSYS/LS-DYNA的基本算法
        3.1.4 簡化積分單元和沙漏控制
        3.1.5 ANSYS/LS-DYNA對爆炸作用的模擬
    3.2 鋼管混凝土試件的爆炸全過程模型
        3.2.1 模擬工況
        3.2.2 單元類型
        3.2.3 有限元模型的建立
        3.2.4 材料模型
        3.2.5 網(wǎng)格劃分
        3.2.6 邊界條件
        3.2.7 定義接觸
    3.3 模擬結(jié)果分析
        3.3.1 爆炸沖擊波的傳播
        3.3.2 超壓時程曲線
        3.3.3 沖量時程曲線
        3.3.4 試件的變形情況
        3.3.5 試件的位移時程曲線
        3.3.6 誤差分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 鋼管混凝土外加強環(huán)節(jié)點的爆炸試驗模型
    4.1 鋼管混凝土框架外加強環(huán)節(jié)點模型的建立
        4.1.1 模擬工況
        4.1.2 模擬方法
        4.1.3 改良定義荷載曲線法的算例驗證
        4.1.4 有限元模型的建立
        4.1.5 網(wǎng)格劃分
        4.1.6 爆炸荷載的施加
    4.2 鋼管混凝土框架外加強環(huán)節(jié)點爆炸作用下的動力響應(yīng)
        4.2.1 模型變形情況
        4.2.2 關(guān)鍵點位移
        4.2.3 加強環(huán)板應(yīng)力
        4.2.4 梁柱應(yīng)力
    4.3 影響鋼管混凝土框架外加強環(huán)節(jié)點抗爆性能的參數(shù)分析
        4.3.1 比例距離
        4.3.2 鋼材強度等級
        4.3.3 混凝土強度等級
        4.3.4 鋼管壁厚
        4.3.5 加強環(huán)板寬度
        4.3.6 加強環(huán)板厚度
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2845377