加腹板工字钢骨架结构抗爆门的抗爆性能研究

摘要

当今世界和平发展仍然是时代的主题,但是恐怖主义也在蔓延,恐怖袭击对社会的和平和安宁造成很大的危害。随着恐怖袭击活动不断发生,爆炸对人民生命和财产安全构成了严重的威胁。在建筑设计中,建筑物的抗爆性能也逐渐被列为设计要求之一。重要建筑结构的抗爆性能分析成为当今工程领域的研究热点,冲击荷载动力响应的研究成为重要的课题。抗爆门作为人行通道重要的位置,能够有效地抵抗爆炸物爆炸对人身的袭击以及帮助人员及时安全地逃离。对于抗爆门的研究具有很大的实用价值。
　　本文在工字钢抗爆门的基础上提出了增加腹板来提高抗爆门的抗爆性能。应用大型软件ANSYS/LS-DYNA对抗爆门进行数值模拟分析,分别建立工字钢骨架抗爆门和加竖向腹板工字钢骨架抗爆门的有限元模型。对这两种抗爆门在爆炸冲击荷载作用下的位移、应力、刚体速度、加速度、剪切应力、总能量等进行对比分析。分析结果表明:增加腹板后的抗爆门较前者更具有安全使用性能和整体的稳定性能。
　　对影响加腹板工字钢骨架抗爆门性能的因素进行分析,研究了抗爆门面板厚度、腹板厚度、材料强度以及折合距离对抗爆门受力及变形的影响,而且给出了参数对比表。主要包括了以下内容:
　　(1)折合距离为0.6、0.4、0.2时抗爆门的位移和应力。当折合距离为0.2时,抗爆门的最大位移为5.362mm,超过了容许挠度值3mm。最大应力为439.7MPa,超过了材料的屈服强度,抗爆门发生了严重的破坏;
　　(2)Q235钢材在爆炸荷载冲击下的最大位移为0.9418mm,最大应力为110MPa。当采用Q345钢材时,抗爆门的最大位移为0.8165mm,下降了13％;抗爆门的最大应力为91.4MPa,下降了16.9%。
　　(3)工字钢型号分别为10、12.6、14时,抗爆门的最大位移分别为0.9418mm、0.7126mm、0.5868mm,位移下降的百分比为28.6%、45.1%;相应的应力分别为110MPa、82.4MPa、55.8MPa,应力下降的百分比为25.1%、49.3%。可见,工字钢型号越大,爆炸荷载作用下抗爆门的位移和应力越小,抗爆门越安全。
　　(4)当面板厚度分别为10mm、8mm、6mm时,抗爆门的最大位移分别为0.9418mm、1.1824mm、1.3104mm,位移增加的百分比为25.5%、36.5%;应力分别为110MPa、124.6MPa、145.5Mpa,增加的百分比为13.3%、32.3%。可见,面板厚度越大,抗爆门变形越小,抗爆门越安全。
　　(5)当腹板厚度为6mm、8mm、10mm、12mm时,抗爆门的最大位移分别为1.4572mm、0.9418mm、0.5246mm、0.3226mm;抗爆门的最大应力为135.7MPa、110MPa、58.5mpa、25.9MPa可见,腹板厚度对抗爆门变形的影响高于材料强度、工字钢型号、面板厚度。因此,可以通过增加腹板厚度有效地提高加腹板工字钢骨架抗爆门的抗爆性能。
　　最后对抗爆门进行简化计算并对增加腹板后的抗爆门初步设计给出建议。
　　本文通过大量的数值模拟,主要研究了加腹板工字钢骨架钢抗爆门在爆炸冲击荷载作用下的动力响应及特点,并分析各影响因素对抗爆门的影响大小,提供了理论计算依据,可以为抗爆门在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特征和抗爆门的防爆设计的研究提供一些参考资料。

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第一章 绪论

1.1 研究历史背景及现实意义

1.2 抗爆门的分类

1.3 研究现状

1.4 本文的主要工作及创新点

第二章 爆炸与冲击荷载的基本理论

2.1 爆炸概述和理论

2.2 爆炸冲击荷载对结构物的破坏作用

2.3 爆炸冲击荷载的分析和解决方法

2.4 爆炸荷载的确定

2.5 本章小结

第三章 工字钢骨架和加腹板工字钢骨架抗爆门抗爆性能对比分析

3.1 ANSYS/LS-DYNA程序介绍

3.2 工字钢骨架和加腹板工字钢骨架抗爆门有限元模型的建立

3.3 抗爆性能分析及对比

3.4 本章小结

第四章 加腹板工字钢骨架抗爆门性能的影响因素分析及初步设计

4.1 折合距离对抗爆门影响

4.2 工字钢型号以及材料强度对抗爆门影响

4.3 面板厚度对抗爆门的影响

4.4 腹板厚度对抗爆门的影响

4.5 加腹板工字钢骨架抗爆门初步设计

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢