空间网格结构遭受地下隧道内爆炸冲击作用下的动力响应研究

摘要

地下隧道内爆炸，将引起邻近地表各类结构物的动力响应，并产生一定的破坏作用。本文针对双层柱面网壳、双层球面网壳、椭圆形平板网架等三类网格结构在遭受邻近地下隧道内爆炸作用下的动力响应进行了系统研究。主要研究工作及成果如下：
　　 (1)应用ABAQUS软件建立了适用于爆炸荷载下的地基土、混凝土材料以及钢材的本构模型；采用主从接触面模型来模拟土-结构相互作用，引入一致粘弹性边界理论及其等效单元模拟半无限地基场；借助LS-DYNA软件，建立了炸药-空气-隧道的耦合模型，得到了隧道内壁的超压荷载；通过算例验证了由ABAQUS软件所建的隧道-土-网格结构三维耦合模型的准确性。针对双层柱面网壳、双层球面网壳和椭圆形平板网架等三类结构所建的隧道-土-网格结构体系模型，运用ABAQUS/Explicit对单、双隧道布局、隧道与结构间距离变化以及爆炸点沿隧道纵轴线移动等情形下，这三类结构的动力响应进行研究。
　　 (2)双层柱面网壳结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，各节点的水平、竖向位移峰值沿跨度方向均按中间最大逐渐向两边呈抛物线状递减的规律变化，弦杆的应力峰值远大于纵向杆，两端跨上弦杆件应力峰值呈现由两边向跨中递减变化，而中间跨上弦杆的情况正好相反；在爆炸隧道与结构间增设的平行隧道会对土中爆炸波的传播起到一定的阻挡作用，有利于结构的抗振；在一定距离内，节点位移、加速度以及杆件应力等的峰值均随结构与隧道间距离的增大而减小，当爆炸点位置在隧道内发生改变时，随着爆炸点趋近某一柱列，该柱列附近的网壳节点及杆件的响应随之增大，而远离该柱列的节点和杆件的响应减弱。
　　 (3)双层球面网壳结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，由于球面网壳的刚度整体性较好，各节点的水平位移峰值大致相同，而竖向位移峰值则随节点位置远离隧道呈现出先缓慢上升再陡然下降的趋势，杆件最大应力峰值出现在上弦边部环杆上；在一定距离内，节点及杆件的响应峰值均随结构与隧道间距离的增大而减小，也随着爆炸点沿隧道轴线远离结构而减小。
　　 (4)椭圆形平板网架结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，节点位移峰值的变化规律与双层球壳结构类似，但杆件最大应力峰值出现在上弦靠近边缘的肋杆上；在一定距离内，网架与隧道间距离变化和爆炸点沿隧道轴线移动对网架结构动力响应的影响规律与双层球壳结构基本相同。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1地下隧道内突发的爆炸事故

1.2空间网格结构的国内外研究现状

1.3抗爆领域的国内外研究现状

1.4本文的研究内容与方法

第二章隧道-土-网格结构体系动力计算的基本理论

2.1隧道内壁上的爆炸超压荷载

2.2土-结构的相互作用

2.3无限远地基场的数值模拟方法

2.4地基土的弹塑性本构

2.5混凝土的损伤模型

2.6考虑损伤累积效应钢材的动态本构模型

2.7本章小结

第三章有限元法分析步骤及动力方程求解

3.1有限元法及分析步骤

3.2动力学问题基本方程

3.3直接积分法

3.4 ABAQUS中非线性动力学分析方法的比较

3.5动力方程中阻尼的计算

3.6算例验证

3.7本章小结

第四章双层柱面网壳结构在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

4.1计算模型

4.2模态分析

4.3单、双线隧道内爆炸荷载作用下双层柱面网壳结构的动力响应

4.4爆炸隧道距网壳结构的距离对网壳动力响应的影响

4.5爆炸点位置在隧道内沿轴线移动对网壳动力响应的影响

4.6本章小结

第五章双层球面网壳结构在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

5.1模型选取

5.2模态分析

5.3爆炸隧道距球面网壳结构的距离对网壳动力响应的影响

5.4爆炸点位置在隧道内沿轴线移动对网壳动力响应的影响

5.5本章小结

第六章椭圆形平板网架结构在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

6.1计算模型

6.2模态分析

6.3爆炸隧道与平板网架结构之间的距离对网架动力响应的影响

6.4爆炸点位置在隧道内沿轴线移动对网架动力响应的影响

6.5本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢