近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土柱墙的损伤机理

摘要

近年来，国内外关于爆炸冲击波作用下建筑结构的破坏研究取得了一定进展，但在这些研究中往往忽视了爆炸产生的破片的破坏作用，冲击波和破片联合作用下民用建筑的损伤研究更是近乎空白。探究冲击波和破片联合作用下民用建筑的损伤机理，对于加强民用建筑的防护设计具有十分重要的意义。针对这一问题，本文应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，对近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土柱、墙构件的损伤过程进行数值分析。主要研究工作和成果如下：
　　（1）建立了空气-破片-炸药-柱/墙的耦合模型，选取了材料本构和耦合算法，通过与试验数据的对比分析，证明所建模型、所选材料本构和流固耦合算法在本文研究中的适用性。
　　（2）探明了钢筋混凝土柱/墙在近距离爆炸冲击波和破片联合作用下的损伤机理为：近距离爆炸时冲击波率先作用于柱/墙，使柱/墙产生一定初始损伤，然后破片陆续到达并开始侵彻柱/墙，柱在爆炸波冲击与破片侵彻联合作用下发生弯曲破坏，剪力墙在爆炸波冲击与破片侵彻联合作用下发生局部破坏。
　　（3）对比分析了钢筋混凝土柱在冲击波单独作用、破片群单独作用、冲击波与破片联合作用等不同工况下的动力响应，研究表明：近距离爆炸时冲击波与破片联合作用效果强于任一个单独作用的效果，且联合作用的效果要大于两个单独作用的线性叠加的效果；破片群作用对柱的破坏大于冲击波作用下柱的破坏；冲击波与破片联合作用下柱位移响应达到最大值的时间由破片作用控制。
　　（4）研究了近距离爆炸冲击波和破片联合作用下各参数对柱的动力响应的影响。研究表明：提高柱纵筋配筋率可以减小柱水平位移响应；盲目提高混凝土强度对于提升柱在联合作用下的防护能力可能不利；起爆方式对柱动力响应有较大影响；相同数量炸药在不同高度位置爆炸时钢筋混凝土柱破坏的轻重程度不同；随着破片尺寸的增大，柱位移响应加速增大。
　　（5）对比分析了钢筋混凝土剪力墙在冲击波单独作用、破片群单独作用、冲击波与破片联合作用等不同工况下的动力响应，研究表明：近距离爆炸时联合作用效果强于单一作用效果，且联合作用要大于两个单独作用效果的线性叠加。
　　（6）研究了近距离爆炸冲击波和破片联合作用下各参数对剪力墙动力响应的影响。结果表明：增大剪力墙厚度、减小分布筋间距都可降低其水平位移；炸药比例距离愈小，剪力墙破坏愈严重。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状和水平

1.3本文研究内容

第2章 爆炸冲击波及破片理论

2.1爆炸冲击波理论

2.2破片相关理论

2.3 LS-DYNA相关理论

2.4本章小结

第3章 有限元模型与数值模拟方法验证

3.1钢筋混凝土柱有限元模型

3.2钢筋混凝土剪力墙模型

3.3数值模拟方法验证

3.4本章小结

第4章 近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土柱的损伤机理

4.1 冲击波与破片群联合作用下钢筋混凝土柱的损伤分析

4.2 冲击波作用、破片群作用及二者联合作用下钢筋混凝土柱动态响应的对比

4.3 冲击波与破片联合作用下钢筋混凝土柱动态响应的主要影响因素

4.4 本章小结

第5章 近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙的损伤机理

5.1冲击波与破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙的损伤分析

5.2冲击波作用、破片群作用及二者联合作用下钢筋混凝土剪力墙动态响应的对比

5.3冲击波与破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙动态响应的主要影响因素

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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致谢