爆破地震波作用下建筑结构的动力响应与损伤破坏研究

摘要

在爆破技术广泛应用的同时，随着爆破环境的复杂化和人们环保意识的日益增强，工程爆破所诱发的一系列负面效应尤其是作为爆破公害之首的爆破地震效应问题，受到普遍的关注和重视。研究爆破地震效应的危害机制，尤其是爆破地震波作用下周围建筑物的地震响应机理及安全判据，是爆破地震效应研究领域中的重点和难点课题，同时是爆破安全技术研究的重要内容。
　　基于以上基本情况，本文结合国家自然科学基金“爆破地震动作用下建筑结构损伤与破坏研究”（编号：50878123），在大量查阅和深入研究相关文献的基础上，将综合采用理论研究、数值计算、有限元模拟和实验验证等研究方法，围绕建筑结构动力损伤本构模型、建筑结构在爆破震动非一致激励下的响应、损伤破坏以及爆破地震波三要素对建筑结构动力响应的影响等方面进行一系列研究。主要研究成果包括：
　　（1）采用半隐式的图形返回算法实现了LS-DYNA的材料模型的二次开发功能，并通过单单元模型受压实验验证了该方法的正确性及精度。
　　（2）推导了简单应力波作用下一点应变率的求解公式，并提出了利用爆破地震波实测数据求解结构材料应变率的方法。
　　（3）采用Lagrange插值实现现场爆破测震数据的非一致激励加载，进而模拟并分析了普通砖混结构于不同激励方式（一致激励、多点激励、非一致激励）下结构响应的差异。
　　（4）建立了建筑结构材料的正交各向异性动态损伤本构模型，并通过文献中的实验资料验证了其精度。
　　（5）在之前研究建立建筑结构材料的动态损伤本构模型的基础上，用LS-DYNA模拟分析了典型砌体结构在爆破地震波作用下的损伤及动力响应，具体分析了损伤、应变率效应和爆破地震波三要素对结构动力响应的影响。
　　本文取得的研究成果可完善爆破灾害控制理论，提高爆破安全控制技术，具有一定的理论意义和现实价值。

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和研究方法

2 LS-DYNA用户自定义材料模型开发与验证

2.1 前言

2.2 应力更新算法[71]

2.3 实验验证

2.4 本章小结

3 建筑结构爆破震动响应应变率大小讨论

3.1 前言

3.2 爆破震动作用下结构应变率计算

3.3 算例

3.4 本章小结

4 爆破震动非一致激励作用下建筑结构响应研究

4.1 前言

4.2 非一致激励加载的实现方法

4.3 结构响应实例分析

4.4 本章小结

5 建筑结构材料的正交各向异性动态损伤本构及实验验证

5.1 前言

5.2 无损材料的正交各向异性弹性计算

5.3 应变率效应

5.4 动态损伤刚度矩阵及损伤演化

5.5 各向异性的屈服破坏准则

5.6 实验验证

5.7 本章小结

6 爆破地震作用下结构的损伤及动态响应分析

6.1 前言

6.2 结构模型及本构模型

6.3 损伤及应变率效应对结构响应的影响研究

6.4 爆破地震波三要素对结构响应的影响

6.5 四层砌体结构的损伤及动态响应分析

6.6 本章小结

7 结论和展望

7.1 主要结论

7.2 展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献