气云爆炸下混凝土结构的动力响应和损伤评估

摘要

随着石油化工业的发展，生产规模的扩大，气云爆炸事故多发，不仅威胁人们的生命财产安全，也会祸及周围建筑结构，造成结构破坏甚至整体倒塌。目前关于气云爆炸的研究进展较慢，急需展开关于气云爆炸下结构破坏效应的深入研究。
　　本文在气云爆炸下理想弹性体动力响应的理论分析的基础上，采用数值模拟方法，研究分析了钢筋屈服强度、钢筋间距、气云半径因素对气云爆炸下抗爆墙的动力响应的影响规律;选用超压冲量破坏准则，以支座转角作为损伤评估指标，计算出气云爆炸下抗爆墙的损伤等级评估超压冲量P-I曲线，并分析了钢筋屈服强度、钢筋间距和抗爆墙的墙厚因素对损伤等级评估超压冲量P-I曲线的影响;根据超压冲量P-I曲线拟合出损伤等级评估公式。
　　研究的主要结论:
　　(1)抗爆墙裂缝主要集中在迎爆面四周和背爆面中部这些受拉部位，在裂缝周围的混凝土和钢筋出现应力重分布现象。气云爆炸冲击波作用结束前，在迎爆面中部和背爆面四周的受压区域显现少量裂缝。
　　(2)钢筋屈服强度对抗爆性能的提高微乎其微，提高幅度最大的为0.89％。相较之下减小钢筋间距可适当减弱抗爆墙的动力响应，减弱幅度为2.80％-10.54％不等，而气云半径对钢筋混凝土抗爆墙的动力响应影响最为显著，影响幅度最小可达到51.19％。
　　(3)增加墙厚使P-I曲线向右上方移动，墙厚对损伤程度的影响最为显著，同等超压值下冲量增幅最小为31.728％，最大的增幅为225.104％。钢筋间距对损伤程度的影响较大，同等超压值下冲量增幅在4.5％-9.5％左右，钢筋屈服强度对对损伤程度的影响最弱，同等超压值下冲量增幅在2％左右，最小增幅为0.45％，接近于0。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外气云爆炸下结构的损伤和评估研究现状

1．2．1 结构在爆炸荷载作用下的破坏效应研究

1．2．2 结构在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

1．3 本文研究的内容与目标

1．3．1 本文研究的内容

1．3．2 本文研究的目标

2 气云爆炸下结构动力响应的理论分析及损伤评估准则

2．1 结构动力响应理论分析

2．1．1 爆炸荷载分类

2．1．2 不同类型的荷载作用下构件的动力响应分析

2．1．3 等损伤曲线

2．2 爆炸波对结构冲击作用过程

2．3 结构破坏准则

2．3．1 超压准则(P准则)

2．3．2 冲量准则(I准则)

2．3．3 超压-冲量准则(P-I准则)

2．4 本章小结

3 有限元模型的建立及适用性验证

3．1 ANSYS有限元软件简介

3．2 有限元模型参数选取

3．2．1 混凝土单元选择

3．2．2 钢筋单元选择

3．2．3 本构关系

3．2．4 建模方法

3．3 梁的有限元模型适用性验证

3．3．1 实验概述

3．3．2 有限元模型

3．3．3 结果对比分析

3．4 板的有限元模型适用性验证

3．4．1 实验概述

3．4．2 有限元模型

3．4．3 结果对比分析

3．5 本章小结

4 气云爆炸下抗爆墙的动力响应

4．1 结构概况

4．2 爆炸超压值的确定

4．3 充满气体爆炸时抗爆墙的动力响应

4．4 抗爆墙动力响应的参数分析

4．4．1 钢筋屈服强度对气云爆炸下抗爆墙动力响应的影响

4．4．2 钢筋间距对气云爆炸下抗爆墙动力响应的影响

4．4．3 气云半径对爆炸下抗爆墙动力响应的影响

4．5 本章小结

5 气云爆炸下抗爆墙的损伤等级评估

5．1 引言

5．2 损伤评估参数的选取和损伤评估等级的划分

5．2．1 损伤评估参数的选择

5．2．2 损伤评估等级的划分

5．3 建立抗爆墙损伤评估P-I曲线

5．3．1 建立损伤评估P-I曲线的方法

5．3．2 典型的损伤评估P-I曲线

5．3．3 抗爆墙损伤评估P-I曲线的建立

5．3．4 抗爆墙损伤评估P-I曲线的拟合

5．4 损伤评估P-I曲线参数分析

5．4．1 钢筋屈服强度

5．4．2 钢筋间距

5．4．3 墙厚

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献