爆炸荷载作用下单层球面网壳结构的动力稳定性研究

摘要

大跨度空间结构作为人类活动的重要场所和标志性建筑，它们的安全直接牵系着社会经济财富和生命安全。近些年来，随着国际安全局势的紧张，炸弹恐怖袭击和突发爆炸事件明显增多。空间结构若遭受爆炸荷载作用，会产生严重破坏，甚至发生整体倒塌。因此研究空间结构在爆炸冲击荷载作用下的结构动力响应和破坏形态，对有效评价结构体系在突发荷载作用下的安全性，以及建立在偶然爆炸事件和恐怖袭击情况下的防御机制具有极其重要的现实意义。 本文以K8型单层球面网壳为研究对象，采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA，分析了其在爆炸冲击荷载作用下的动力响应和稳定性。文章总结了国内外学者的网壳结构动力稳定判定准则，提出了本文判定准则，并对K8型单层球面网壳在等效爆炸冲击荷载作用下进行了详细的瞬态动力分析和稳定性分析。其次，对结构进行参数分析，研究了矢跨比、跨度、初始缺陷、屋面质量以及荷载作用时间等参数对K8型单层球面网壳动力稳定性的影响。最后，根据结构与爆炸位置的关系，对一个K8型单层球面网壳进行了近距离爆炸分析。 研究表明，K8型单层球面网壳在爆炸荷载作用下，荷载作用时间对网壳的动力稳定性有较大的影响。当荷载作用时间为1.5s时，结构动力稳定临界荷载相对静力稳定临界荷载有了大幅降低，矢跨比、跨度、初始缺陷及屋面质量不同程度影响结构动力失稳临界荷载值，其中初始缺陷的影响最大。当荷载作用时间小于结构第一周期的1/4时，屋面质量影响最大，动力临界荷载宜用冲量来衡量。网壳在近距离爆炸荷载作用时，部分杆件的破坏或者局部失稳会导致结构整体倒塌。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 网壳结构动力稳定性的研究现状

1.3 建筑结构在爆炸荷载作用下破坏机理的研究现状

1.3.1 建筑结构在爆炸荷载作用下的研究和发展

1.3.2 结构破坏机理的研究

1.4 目前存在的问题及本文研究工作

1.4.1 存在问题

1.4.2 本文主要工作

第二章 网壳结构动力稳定性分析方法

2.1 动力稳定性及动态屈曲的研究

2.1.1 动力稳定性

2.1.2 动力失稳形式

2.1.3 结构动态屈曲

2.2 结构动力分析方法

2.2.1 结构运动方程

2.2.2 直接积分法

2.3 网壳结构非线性分析

2.3.1 结构非线性概述

2.3.2 梁单元几何非线性

2.3.3 材料非线性

2.4 网壳结构动力稳定判别准则

第三章 爆炸及爆炸作用

3.1 爆炸的基本概念

3.1.1 爆炸作用的定义和分类

3.1.2 爆炸产生的超压荷载

3.2 爆炸荷载作用下钢材的动力性能

第四章 爆炸荷载作用下单层球面网壳的动力稳定性

4.1 K8型单层球面网壳的动力稳定性

4.1.1 有限元分析模型

4.1.2 结构动力响应和稳定性分析

4.2 不同参数对K8型单层球面网壳的动力稳定性影响

4.2.1 跨度和矢跨比

4.2.2 初始缺陷

4.2.3 屋面质量

4.2.4 荷载作用时间

4.3 小结

第五章 网壳在近距离爆炸荷载作用下的动力响应

5.1 网壳内部近距离爆炸

5.1.1 结构动力响应

5.1.2 结构倒塌分析

5.2 网壳外部近距离爆炸

5.2.1 结构动力响应

5.2.2 结构倒塌分析

5.3 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