典型地铁车站结构在内部爆炸作用下的动力响应分析

摘要

地下轨道交通系统的建设已成为各大城市缓解地面交通压力重要措施，然而，近年来屡次出现在地铁隧道或地铁车站内的恐怖袭击或意外爆炸等事件，给人员的生命安全和地下结构的稳定造成了极大的威胁。地铁车站的内部空间相对密闭，在其内部发生的爆炸与地面爆炸所产生的效应大不相同。为了探明内部爆炸对地铁车站的影响作用，本文利用数值方法，分析了车站结构内部空间中产生的爆炸效应，主要进行的研究工作有以下几个方面： (1)总结了爆炸冲击波传播、钢筋混凝土动力性能、构件的动力响应和结构的抗爆性能等几方面的研究成果，对比分析了适用于本研究的材料模型和参数。 (2)建立了空气中爆炸、密闭空间内爆炸两个模型，对比已有经验公式和实验数据，验证了本文所用数值方法、材料模型及其参数的正确性。 (3)选用四种炸药当量(1kg、5kg、10kg和40kg)，分析了各当量炸药爆炸后的冲击波传播特性和各构件在应力、应变、位移、速度等方面响应的异同。 (4)研究不同爆源位置的爆炸效应。对比分析爆源位置对爆炸冲击波的衰减规律、结构塑性应变、特殊部位节点的位移响应、速度响应、结构能量耗散等方面的影响。 本文的研究成果对于城市地铁车站抗爆安全设计和评估都有一定的参考价值。

目录

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第1章绪论

1.1研究的目的与意义

1.2国内外研究现状和进展

1.2.1爆炸冲击波在地下结构内的传播

1.2.2钢筋混凝土材料在爆炸荷载作用下的力学性能

1.2.3钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的动力响应研究

1.2.4地下结构的抗爆性能研究

1.3本文的主要研究内容

第2章理论基础及数值模拟原理

2.1爆炸的基本理论

2.1.1空气中的爆炸现象

2.1.2空气冲击波的基本特征

2.1.3空气冲击波的反射

2.2冲击波的破坏准则

2.2.1冲量准则

2.2.2超压准则

2.2.3超压-冲量准则

2.3结构动力响应的数值模拟计算原理

2.3.1结构动力分析常用商业有限元软件简介

2.3.2控制方程组

2.3.3显式时间积分与时间步长控制

2.3.4高斯积分与沙漏控制

2.3.5人工体积粘性

2.4本章小结

第3章典型地铁车站结构动力响应的数值计算方法

3.1车站简介

3.1.1现有地铁车站主要类型

3.1.2本文研究对象

3.2数值计算的材料模型和状态方程

3.2.1钢筋混凝土材料模型

3.2.2土体材料模型

3.2.3炸药材料模型及其状态方程

3.2.4空气材料模型及其状态方程

3.3无反射边界条件

3.4流固耦合

3.5模型验证

3.5.1空气中爆炸

3.5.2密闭结构内部爆炸

3.6本章小结

第4章地铁车站结构在内部爆炸作用下的动力响应分析

4.1模型建立

4.2参数选取

4.3不同当量的TNT在站台层起爆

4.3.1冲击波传播规律

4.3.2等效塑性应变

4.3.3等效应力响应

4.3.4位移响应

4.3.5速度响应

4.4不同爆源位置的爆炸效应分析

4.4.1冲击波传播规律

4.4.2等效塑性应变

4.4.3位移响应

4.4.4速度响应

4.4.5能量耗散

4.5本章小结

第5章结论与展望

5.1本文主要工作及结论

5.2后续研究工作的展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果