爆炸冲击荷载下隔震结构连续倒塌模拟

摘要

结构工程领域的各种防灾减灾防爆抗爆研究日益受到国内外研究者的高度重视和持续关注。随着城市地下空间的逐步开发利用，对带有地下空间的各类建筑结构在爆炸冲击荷载下的抗爆减灾控制和连续倒塌机制的研究，逐渐成为工程技术和科学研究领域的重大课题。而作为一类经济、重要且应用越来越广泛的结构，隔震结构在爆炸冲击荷载下的动力性能，特别是抗连续倒塌性能，有可能成为制约其发展应用的关键性问题。但是目前对于隔震结构内部尤其是地下室内发生爆炸后，橡胶隔震支座等结构构件发生损伤破坏乃至整个结构发生连续倒塌方面的研究还较少。因此本课题针对串联隔震结构在地下室内爆炸荷载作用下的动力响应和连续倒塌模式进行探索研究，主要研究工作及成果如下：
　　（1）对国内外爆炸荷载作用下结构构件的动力响应及连续倒塌方面的研究进行综述，根据本课题研究的具体问题要求，选取适合的方法，给出爆炸冲击波与串联隔震结构的相互作用过程在LS-DYNA中的实现方式，包括隔震结构及炸药材料本构模型的选择及参数计算、边界条件的处理、接触等关键问题，建立了包括炸药和空气域在内的带地下室的串联隔震结构体系有限元分析模型。
　　（2）依据GSA规范中关于备用荷载路径法的拆柱原则选取爆炸荷载作用位置，以地下室长边中柱、角柱、内部柱及其上橡胶隔震支座作为关键构件，分别建立不同炸药位置的数值模型，利用简化的直接模拟法，模拟各情形下串联隔震结构的连续倒塌过程，总结串联隔震结构在地下室内不同位置爆炸作用下的连续倒塌特征和倒塌模式。
　　（3）针对爆炸冲击作用下橡胶隔震支座存在拉应力的问题，通过对三种不同工况下爆炸初期隔震层顶板若干节点的竖向位移时程曲线进行记录分析，发现地下室内爆炸冲击波对串联隔震结构的确存在一个短暂的“抬升提离”作用。
　　（4）对于爆炸荷载作用下结构连续倒塌过程的数值模拟，与现有文献中采用备用荷载路径法得到的模拟结果进行对比，本文采用直接模拟法得到的倒塌结果更为严重，这是因为备用荷载路径法是不考虑原因的分析方法，而在结构爆炸分析中，关键构件周围构件的初始损伤对结构整体的倒塌影响恰恰是不可忽略的，因此对于结构的抗爆分析，采用备用荷载路径法得到的结果往往是偏于不安全的。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 本文的主要研究工作

第2章 爆炸冲击和连续倒塌的相关理论

2.1 引言

2.2 爆炸及爆炸冲击波

2.3 LS-DYNA理论基础及其在爆炸分析中的应用

2.4 连续倒塌概念及爆炸荷载作用下结构的连续倒塌分析方法

2.5 本章小结

第3章 爆炸冲击波与串联隔震结构的相互作用过程在LS-DYNA中的实现

3.1 引言

3.2 爆炸过程在LS-DYNA中的实现

3.3 串联隔震结构的数值模型

3.4 建模中的其他关键问题设置

3.5 本章小结

第4章 串联隔震结构在地下室内爆炸荷载作用下的连续倒塌模拟

4.1 引言

4.2 有限元分析模型

4.3 不同爆炸位置下串联隔震结构的连续倒塌模拟

4.4 爆炸冲击波对串联隔震结构的“抬升提离”效应

4.5 地下内爆作用下串联隔震结构的连续倒塌模式

4.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间参与的科研项目