用数值方法对爆炸荷载下钢筋混凝土构件的动力性能的探索

摘要

建筑结构在爆炸荷载作用下发生的连续性倒塌破坏,往往是由结构中关键构件的失效引起的,这些关键构件的抗爆性能直接影响到整体结构的安全性。研究爆炸荷载作用下结构中关键构件的动力性能并提高其抗爆能力,可以有效的提高整体结构的安全水平。当前对爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的动力性能研究十分有限,因此本文定位于使用数值方法来探索影响爆炸荷载下钢筋混凝土构件的动力性能的主要因素。
　　本文主要进行了以下几方面的工作:(1)比较了爆炸荷载下钢筋混凝土构件的动力性能的不同研究方法的优缺点,选取动力有限元法算法为基础的分析软件LS-DYNA来探索爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的动力性能,并介绍了动力有限元算法的基本原理和材料动态本构关系。(2)基于已有试验的数据和材料参数,使用显式动力分析有限元软件LS-DYNA对爆炸荷载下的钢筋混凝土柱的动力响应建立数值模型并进行数值计算,并将数值模拟得到的结果和已有试验的实测数据进行对比,以验证数值计算模型的准确性。(3)利用验证过的数值模型,以爆炸荷载下钢筋混凝土梁柱构件的最大动态变形和构件中材料的最大内力或内应力作为构件动力性能的判别标准,分别研究比较了构件的截面形状、边界条件、跨高比、材料强度以及轴压比对爆炸荷载下钢筋混凝土构件的动力性能的影响,得到一些对实际工程有指导意义的规律。(4)以爆轰压强峰值等效和冲量等效为依据,结合已有经验公式对构件表面上爆轰压强的时空分布提出简化的计算公式,并将简化爆轰压强作用下的钢筋混凝土构件的动力性能和已验证数值模型中钢筋混凝土构件的动力性能进行比较,以验证爆轰压强的简化计算公式的可靠性。最后对本文的主要研究工作进行了归纳总结,并提出了一些需要今后进一步研究的课题。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和研究意义

1.2 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的动力性能的研究方法

1.3 材料动态性能的研究现状

1.3.1 混凝土材料动态性能的研究现状

1.3.2 钢筋材料动态性能的研究现状

1.4 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的动力性能的研究现状

1.4.1 爆炸荷载作用下钢筋混凝土板构件的动力性能研究现状

1.4.2 爆炸荷载作用下梁柱构件的动力性能的研究现状

1.5 本文的工作

1.5.1 本文研究的思路

1.5.2 本文研究的主要内容

1.5.3 本文研究的适用条件

第二章 动力有限元法的基本原理和材料的动态本构模型

2.1 引言

2.2 动力有限元算法的理论基础

2.2.1 以坐标系划分的数值算法分类

2.2.2 基本动力控制方程

2.2.3 动力方程的求解方法

2.2.4 求解中的关键技术

2.3 钢筋混凝土材料的动态本构模型

2.3.1 混凝土的动态本构模型

2.3.2 钢筋的动态本构模型

2.4 炸药和空气的材料模型和状态方程

2.4.1 炸药的材料模型和状态方程

2.4.2 空气的材料模型和状态方程

2.5 本章小结

第三章 数值模型的建立与验证

3.1 引言

3.2 已有的爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应试验

3.2.1 试验模型和材料参数

3.2.2 试验结果

3.3 数值模型的建立与计算

3.3.1 数值模型的建立

3.3.2 数值模型的计算

3.4 数值模拟的结果及验证

3.4.1 试验方案1

3.4.2 试验方案2

3.5 本章小结

第四章 爆炸荷载下钢筋混凝土梁柱构件的动力性能的影响因素

4.1 引言

4.2 默认数值模型的参数

4.3 截面形状的影响

4.3.1 迎爆面面积相同

4.3.2 截面惯性矩相同

4.4 边界条件的影响

4.5 跨高比的影响

4.6 材料强度的影响

4.6.1 混凝土强度的影响

4.6.2 纵向钢筋强度的影响

4.6.3 箍筋强度的影响

4.7 轴压比的影响

4.8 本章小结

第五章 构件表面爆轰压强的时空分布规律和爆轰压强的简化

5.1 引言

5.2 构件表面上爆轰压强的时空分布规律

5.2.1 炸药药量的影响

5.2.2 爆炸距离的影响

5.2.3 构件表面阻碍作用的影响

5.3 构件表面爆轰压强的时空分布简化

5.4 爆轰压强简化公式的验证

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文