内爆炸下地下结构梁板构件的荷载分布和动力响应研究

摘要

地下结构具有一定的封闭性,当人口密集的地下结构内部发生爆炸后,如果结构承载力不足,结构发生坍塌,将造成重大的人员伤亡,故需对结构内爆炸理论进行研究,以期提高地下结构的抗内爆能力。本文研究内爆炸下地下结构梁板构件的荷载分布和动力响应,为结构抗内爆提供依据。
　　本文的主要工作和研究成果如下:
　　(1)采用钢筋混凝土分离式建模方法建立了单层钢筋混凝土地下结构的数值模型,选取了该数值模型中所用的材料模型和状态方程,介绍了本文研究所用的“两阶段”和“三阶段”数值模拟方法,确定了土体的粘弹性边界条件,验证了LS-DYNA软件在内爆炸荷载研究方面的可靠性。
　　(2)基于数值模拟分析方法研究了不同上覆土层厚度下单层地下结构框架梁的内爆炸荷载分布,研究发现:对于非深埋地下结构,土体对构件表面的内爆炸荷载值和荷载分布基本无影响。
　　(3)从炸药位置和炸药量两方面入手研究了地下结构梁板构件的内爆炸荷载分布随这两个因素变化的规律。研究发现:当爆心位于梁板正下方时,爆心投影点和梁端或板端处的超压峰值通常较大,梁端或板端附近区域冲量值通常变化较大;炸药沿高度变化时,梁板构件表面各点的冲量值基本随爆心距构件表面的距离的增大而增大;当炸药沿水平移动且爆心距墙柱有一定距离时,梁板表面爆心投影点处的超压峰值基本不随爆心的水平移动而变化;炸药量变化时,炸药量很小的情况下板端和梁端附近以外的区域超压峰值和冲量分布很均匀,梁板表面各点超压峰值和冲量值基本随炸药量的增加而增大。
　　(4)从上覆土层厚度和土体剪切模量入手研究土体对内爆炸下地下结构梁板构件动力响应的影响,研究表明:上部覆盖一定的土层对梁板构件抗内爆有利,如果内爆炸荷载较大,梁板在爆炸后进入塑性,较大的上覆土层厚度可能对其抗内爆不利;土体剪切模量较大时,内爆炸下梁板构件的变形和损伤较小,梁板抗内爆能力提高;内爆炸后如果梁板进入塑性阶段,梁端或板端先出现塑性铰,梁端或板端或其附近的混凝土和钢筋一般在爆炸后较短时间出现很大的应力值。
　　(5)根据内爆炸荷载等时间重心简化法的基本思想,提出了用于钢筋混凝土板内爆炸荷载简化的分区等时间重心法和不分区等时间重心法,通过数值模拟验证了两种简化方法的合理性。

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第一章 绪论

1.1工程背景和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

第二章 地下结构梁板构件内爆炸分析的数值模拟方法

2.1本文所用的材料模型和状态方程

2.2“两阶段”数值模拟法和“三阶段”数值模拟法

2.3土体粘弹性边界及其在数值模拟中的实现

2.4 LS-DYNA在内爆炸研究方面的可靠性

2.5本章小结

第三章 内爆炸下地下结构梁的荷载分布研究

3.1数值模型

3.2土体对内爆炸下地下结构梁荷载分布的影响

3.3炸药位置对内爆炸下地下结构梁荷载分布的影响

3.4炸药量对内爆炸下地下结构梁荷载分布的影响

3.5本章小结

第四章 内爆炸下地下结构板的荷载分布研究

4.1数值模型

4.2内爆炸下地下结构板在不同时刻的超压分布

4.3炸药位置对内爆炸下地下结构板荷载分布的影响

4.4炸药量对内爆炸下地下结构板荷载分布的影响

4.5本章小结

第五章 土体对内爆炸下地下结构梁板构件动力响应的影响

5.1土体对内爆炸地下结构梁动力响应的影响

5.2土体对内爆炸下地下结构板动力响应的影响

5.3本章小结

第六章 钢筋混凝土板的内爆炸荷载简化模型的初步探讨

6.1内爆炸荷载简化理论

6.2钢筋混凝土板的内爆炸荷载简化模型

6.3本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

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