地表结构因邻近地下结构内爆炸连续倒塌引起的灾变响应研究

摘要

当地下结构遭受恐怖爆炸袭击时,不仅其内部的生命财产受到极大威胁,如果地下结构由于爆炸导致关键构件失效而发生连续倒塌,由此引发的一系列次生灾害将造成无法估量的损失。本文针对框架结构、框架-剪力墙结构、空间网格结构(包括双层网架结构和双层网壳结构)等地表建筑物因邻近地下结构内爆炸连续倒塌而引发的灾变响应进行了深入研究,主要研究工作和成果如下:
　　(1)运用ANSYS/LS-DYNA动力分析软件,建立了地下结构-土体-地表建筑物(包括框架结构、框剪结构和空间网格结构)耦合体系模型,并采用本课题组提出的三阶段模拟法对地表建筑物因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应进行了分析。本文分别采用替代路径法、直接模拟法和三阶段模拟法对筏基框剪结构的倾斜响应进行对比分析,验证了本文所使用的三阶段模拟法的实用性。
　　(2)开展了针对同一基础型式(包括筏板基础、自带地下室基础以及桩筏基础)的框架结构和框剪结构因邻近地下结构内爆炸连续倒塌而引发的灾变响应的对比分析,研究发现:对筏板基础而言,采用不同的地表建筑结构类型并不能提高地表建筑物的抗倾覆性能,相反采用框剪结构的倾斜程度比框架结构有所增大;而对于自带地下室基础和桩筏基础而言,采用框剪结构能在一定程度上提高地表建筑结构的抗倾覆性能。
　　(3)开展了针对具有独立基础和具有条形基础的双层网架结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应的对比分析,研究发现:具有独立基础的网架结构的破坏程度比具有条形基础的网架结构更为严重;网架结构各杆件的轴力均随着离地下结构的距离越近而呈现幅度变化越发增大的趋势,并且位于柱顶的杆件轴力的变化幅度远大于非柱顶的杆件;具有独立基础的网架结构和具有条形基础的网架结构在破坏形态上基本相同,即在X方向上呈下凹式变形,在Y方向上呈倾斜式变形。
　　(4)开展了针对具有独立基础和具有条形基础的双层柱面网壳结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应的对比分析,研究发现:具有独立基础的网壳结构的破坏程度比具有条形基础的网壳结构更为严重;网壳结构各杆件的轴力均随着离地下结构的距离越近而呈现幅度变化越发复杂,并且位于柱顶的杆件轴力的变化幅度远大于非柱顶的杆件;具有独立基础网壳结构和具有条形基础网壳结构的破坏形式基本相同,即在X方向上呈整体下沉式变形,在Y方向上呈倾斜式变形。相对于网架结构而言,网壳结构在支座处除了承受竖向荷载外还承受较大的水平荷载,这导致网壳结构基础附近的土体破坏比网架结构更为严重。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状与发展

1.3本文的主要研究工作

第二章 爆炸荷载作用下结构连续倒塌的相关理论

2.1 爆炸动力学理论基础

2.2 材料模型

2.3 爆炸荷载作用下结构连续倒塌的模拟方法

2.4 本章小结

第三章 框架与框剪两类结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的倾斜响应分析

3.1 数值模型

3.2 三阶段模拟法在实际工程中的应用

3.3筏基框架与筏基框剪两类结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的倾斜响应对比分析

3.4 带地下室框架与带地下室框剪两类结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的倾斜响应对比分析

3.5 桩筏框架与桩筏框剪两类结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的倾斜响应对比分析

3.6 不同基础形式的同类地表建筑结构的倾斜响应对比分析

3.7 对比验证

3.8 本章小结

第四章 双层网架结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应分析

4.1 双层平面网架结构的设计

4.2 数值模型

4.3独立基础和条形基础的双层网架结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应对比分析

4.4 本章小结

第五章 双层网壳结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应分析

5.1双层柱面网壳结构的设计

5.2 数值模型

5.3独立基础和条形基础的双层柱面网壳结构因邻近地下结构内爆炸倒塌引起的灾变响应对比分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢