【摘要】：近年來,爆炸事件的頻繁發(fā)生使得建構(gòu)筑物遭受爆炸沖擊作用的可能性隨之增大,人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全受到的威脅正與日俱增。國內(nèi)外研究學(xué)者急需尋找更安全的防護(hù)結(jié)構(gòu)和對(duì)現(xiàn)有工程進(jìn)行抗爆加固設(shè)計(jì)。其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是對(duì)組成建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在爆炸沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究。FRP-混凝土-鋼管組合柱(FRP-concrete-steel double-skin tubular columns)作為一種近年來被提出和研究的新型組合構(gòu)件,不僅繼承了復(fù)式中空夾層鋼管混凝土柱抗震性能好、承載力高、塑性和延性較好等諸多優(yōu)點(diǎn),而且解決了復(fù)式中空夾層鋼管混凝土柱外部鋼管易遭受腐蝕、耐火性差等不足。而在纖維增強(qiáng)材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)中因碳纖維復(fù)合增強(qiáng)材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)彈性模量較大被廣泛使用。由于該類構(gòu)件具有良好的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)性能,已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用到實(shí)際工程建設(shè)中。為了研究CFRP-混凝土-鋼管組合柱抵抗爆炸沖擊波作用的能力,本文主要采取數(shù)值模擬的手段對(duì)CFRP-混凝土-鋼管組合柱進(jìn)行了抗爆動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究以及設(shè)計(jì)因素參數(shù)化分析,主要研究工作內(nèi)容如下:1.查閱了大量文獻(xiàn)以及相關(guān)研究成果,了解了爆炸的基本現(xiàn)象和分類、爆炸沖擊波相關(guān)參數(shù)的內(nèi)涵和計(jì)算方法、爆炸相似定律、爆炸沖擊波的傳播規(guī)律等爆炸荷載基本理論、相關(guān)材料的動(dòng)力特性以及國內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)爆炸荷載作用下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗爆動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究現(xiàn)狀;2.在對(duì)爆炸沖擊波與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬之前,為了驗(yàn)證相同介質(zhì)中爆炸沖擊波相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性,對(duì)自由空氣下TNT炸藥爆轟演變過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了爆炸沖擊波在自由空氣中的傳播規(guī)律和網(wǎng)格尺寸對(duì)超壓峰值的影響,并將爆炸沖擊波相關(guān)參數(shù)的模擬值與幾個(gè)常用的經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測值進(jìn)行了對(duì)比,得到的數(shù)值模擬值和經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測值的發(fā)展規(guī)律較為吻合,為后續(xù)模擬的準(zhǔn)確性提供了相關(guān)的依據(jù);3.基于大型顯式動(dòng)力分析軟件ANSYS/LS-DYNA,建立了TNT炸藥—空氣—CFRP-混凝土-鋼管組合柱的整體耦合有限元模型,利用ALE多物質(zhì)流-固耦合法實(shí)現(xiàn)了爆炸沖擊波和柱之間的相互耦合作用,重點(diǎn)分析了柱的典型抗爆動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,如破壞形態(tài)、位移、CFRP表面應(yīng)變分布以及混凝土、鋼管和CFRP的等效應(yīng)力和第一主應(yīng)力等;4.依據(jù)前文所得到的結(jié)論,從混凝土強(qiáng)度等級(jí)、折合距離、截面含鋼率、CFRP厚度、截面空心率、軸壓比以及截面類型七個(gè)因素出發(fā),建立了爆炸荷載作用下不同設(shè)計(jì)參數(shù)條件的CFRP-混凝土-鋼管組合柱數(shù)值分析模型,選用柱中節(jié)點(diǎn)位移時(shí)程曲線作為比較,定性地分析了各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)其抗爆性能的影響。研究內(nèi)容和成果可為該類構(gòu)件的抗爆設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU398.9
【圖文】：

1圖 1.1 美國“9·11”事件 圖 1.2 卡拉奇暴恐襲擊事件在我國，爆炸恐怖襲擊事件雖然罕見，但是由人為疏忽下所導(dǎo)致的煤氣、天然氣及危險(xiǎn)化學(xué)品等意外爆炸事故卻頻頻發(fā)生。近年來我國典型的由爆炸引發(fā)的災(zāi)難事有：2001 年 3 月 16 日，石家莊市爆炸事故致使大范圍建筑物倒塌，導(dǎo)致 108 人遇

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本文編號(hào)：2741638