典型的重大爆炸事故造成了嚴(yán)重的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。爆炸作為一種特殊的災(zāi)害,一方面產(chǎn)生的碎片及巨大的沖擊波會(huì)直接造成人員的傷亡,另一方面爆炸沖擊波會(huì)導(dǎo)致建筑物損壞甚至倒塌,因此建筑結(jié)構(gòu)的抗爆性能已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。鋼管混凝土(CFST)柱具備良好的軸壓承載性能、延性,抗爆性能優(yōu)良,在防護(hù)工程中應(yīng)用越來(lái)越多。對(duì)于結(jié)構(gòu)在抗爆能力方面的研究分析,主要的內(nèi)容在于兩點(diǎn),第一點(diǎn)是結(jié)構(gòu)在受到爆炸作用后的位移、破壞模式等動(dòng)力響應(yīng)分析,第二點(diǎn)是作為結(jié)構(gòu)框架的結(jié)構(gòu)柱在受到爆炸作用后的損傷評(píng)估分析。針對(duì)上述問(wèn)題,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件對(duì)課題組此前所完成的CFST柱爆炸試驗(yàn)進(jìn)行分析,建立爆炸荷載下CFST柱爆炸全過(guò)程有限元模型。利用爆炸試驗(yàn)典型構(gòu)件的位移時(shí)程曲線、超壓時(shí)程曲線以及沖量時(shí)程曲線,對(duì)建立的有限元模型參數(shù)進(jìn)行修正,結(jié)果表明誤差均在合理的范圍之類(lèi),該全過(guò)程數(shù)值模擬可有效地模擬爆炸試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程。(2)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到各比例距離下具有90%保證率的爆炸沖量,并擬合得到關(guān)系曲線。基于爆炸沖量,采用等效單自由度(SDOF)法分別對(duì)方形、圓形CFST柱在爆炸荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行理論分析,計(jì)算得到CFST框架柱的柱中最大側(cè)向撓度,通過(guò)將計(jì)算結(jié)果與課題組的爆炸試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證該理論分析方法的準(zhǔn)確性,并基于參數(shù)分析結(jié)果給出了爆炸荷載下構(gòu)件最小安全防護(hù)距離計(jì)算方法。結(jié)果表明:簡(jiǎn)化的理論分析方法可用于計(jì)算構(gòu)件柱中最大撓度,且計(jì)算結(jié)果相較試驗(yàn)結(jié)果偏于安全。給定任意CFST柱的特征參數(shù),運(yùn)用理論分析與預(yù)測(cè)公式可計(jì)算得到柱構(gòu)件在爆炸荷載作用下的柱中側(cè)向撓度。參數(shù)分析的結(jié)果說(shuō)明適當(dāng)?shù)脑黾又妮S壓比可以導(dǎo)致CFST柱剛度和強(qiáng)度的增加,軸壓比、套箍系數(shù)和比例距離對(duì)CFST柱的抗爆性能具有顯著的影響。(3)分別采用數(shù)值模擬法和等效單自由度法基于支座轉(zhuǎn)角位移損傷評(píng)估準(zhǔn)則建立了圓形CFST柱構(gòu)件的壓力-沖量(P-I)曲線圖,分析各參數(shù)對(duì)P-I曲線及其超壓漸近線和沖量漸近線的影響。研究表明:支座轉(zhuǎn)角評(píng)估準(zhǔn)則可以有效的反映爆炸荷載作用下CFST柱的破壞程度。數(shù)值模擬CONWEP算法和等效單自由度法均能較好的得到CFST柱在爆炸荷載作用下的P-I曲線圖,但數(shù)值模擬法得到的P-I曲線在沖量漸近線附近有向右上方上揚(yáng)趨勢(shì),單自由度法得到的P-I曲線在數(shù)值模擬法的左下方,單自由度法具有更高的安全冗余度。CFST柱高與各漸近線呈反比例關(guān)系,即隨著柱高的增加,超壓漸近線值、沖量漸近線越來(lái)越小;隨著CFST柱軸壓比的增加,構(gòu)件的超壓漸近線值、沖量漸近線值先增大后迅速減小;CFST柱壁厚、鋼材強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度與各漸近線呈正比例關(guān)系,即隨著各參數(shù)的增加,超壓漸近線值、沖量漸近線值越來(lái)越大。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TU398.9
【部分圖文】：

1圖 1-1 恐怖襲擊爆炸事故事故主要集中在化工廠燃料爆炸、居民樓燃?xì)獗�、礦場(chǎng)瓦斯爆炸等等管理不規(guī)范、生產(chǎn)操作不規(guī)范等導(dǎo)致了諸多安全隱患，最終導(dǎo)致意外爆14 年 8 月 2 日，昆山市粉塵爆炸事故，2015 年 8 月 12 日，天津?yàn)I海新生爆炸，是國(guó)內(nèi)代價(jià)最高的災(zāi)難事件之一，爆炸總能量為 421 噸 TNT 當(dāng)

圖 1-2 國(guó)內(nèi)爆炸事故混凝土(Concrete Filled Steel Tubuar ,簡(jiǎn)稱(chēng) CFST)構(gòu)件具備良好的軸壓承載構(gòu)件體積小，自重輕；抗震性能好；耐火性能優(yōu)異；施工速度快等優(yōu)點(diǎn)[層和超高層建筑中的框架柱構(gòu)件，大范圍應(yīng)用于深圳賽格廣場(chǎng)、廣州合景、天津津塔和廣州西塔等知名建筑。鋼管混凝土具有良好的抗爆性能，一、強(qiáng)度高、延性好，能吸收較多的爆炸能量，二是鋼管能有效的阻止核心高速飛散，三是核心混凝土破壞時(shí)向四周膨脹，從而限制鋼管發(fā)生屈曲，脆性破壞。會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的損傷甚至倒塌，嚴(yán)重危害了建筑物內(nèi)人員的生命安全和此對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的破壞機(jī)理進(jìn)行研究分析，進(jìn)而采取合是非常必要的。當(dāng)前國(guó)內(nèi)沒(méi)有提出相應(yīng)的抗爆設(shè)計(jì)規(guī)程，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的于起步階段，還存在很多問(wèn)題需要解決。由于爆炸荷載作用引起的結(jié)構(gòu)破構(gòu)件如梁、板、柱等受力構(gòu)件的破壞，然后在結(jié)構(gòu)受力改變之后引起鄰近

FST 柱最大撓度(有軸壓)CFST 柱最大撓度(無(wú)軸壓)CFST 柱最大撓度多參數(shù)公式擬合P-I 曲線對(duì)比分析P-I 曲線損傷分析LS-DYNA 數(shù)值模擬CONWEP 算法理論分析數(shù)值模擬
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2882658