检索结果-内蒙古大学图书馆

振动与冲击 2019年第5期38卷 60-70页

作者：宋彦臣王君杰尹海蛟刘慧杰同济大学土木工程学院上海200092 青岛市公路规划设计院有限公司山东青岛266100

目前各国桥梁设计规范普遍将船舶撞击力处理为等效静力,忽略了冲击荷载引起的结构动力效应,为建立更加合理的实用荷载模型,建立了5艘轮船的有限元模型,采用正撞刚性墙模型,通过数值仿真获得了45条不同撞击速度下的撞击力时程样本。提出... 详细信息

目前各国桥梁设计规范普遍将船舶撞击力处理为等效静力,忽略了冲击荷载引起的结构动力效应,为建立更加合理的实用荷载模型,建立了5艘轮船的有限元模型,采用正撞刚性墙模型,通过数值仿真获得了45条不同撞击速度下的撞击力时程样本。提出采用修正半波正弦函数近似描述撞击力样本过程,通过数理统计确定了模型的实用参数。最后,以一座连续梁桥为例进行了接触碰撞反应分析与撞击力时程反应分析,并将修正半波正弦荷载模型的响应求解误差分为3类,分别讨论了3种误差对结构响应误差的贡献大小。算例分析结果表明,建立的轮船修正半波正弦荷载模型具有良好的求解精度,具有很好的工程实用价值。

关键词：船-桥碰撞轮船动力效应撞击力时程简化荷载模型

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爆炸作用下地铁车站结构的简化荷载模型和动态响应分析

爆炸作用下地铁车站结构的简化荷载模型和动态响应分析

引用

作者：姜越鹏天津大学

学位级别：硕士

地铁车站空间密闭、人员密集,一旦发生恐怖爆炸事件,不仅会造成大量的人员伤亡,也会造成车站结构构件的破坏、甚至结构连续倒塌。本文应用LS-DYNA软件,研究了地铁车站内发生近距离爆炸时作用于结构构件的超压荷载、车站站台柱的破坏模... 详细信息

地铁车站空间密闭、人员密集,一旦发生恐怖爆炸事件,不仅会造成大量的人员伤亡,也会造成车站结构构件的破坏、甚至结构连续倒塌。本文应用LS-DYNA软件,研究了地铁车站内发生近距离爆炸时作用于结构构件的超压荷载、车站站台柱的破坏模式和结构的动态响应。主要研究内容如下:(1)利用LS-DYNA有限元软件,确定了地铁车站内部爆炸时站台柱周围空气域的范围,模拟了爆炸冲击波传播过程;分析了120种工况站台柱表面的超压荷载时程曲线特点和分布规律,提出了适用于地铁车站站台柱迎爆面的超压荷载简化模型和超压荷载空间模型,并对简化模型的适用性进行了分析。(2)建立了地铁车站结构多尺度有限元模型,采用超压荷载简化模型分析了不同炸药当量和爆炸距离下站台柱的破坏模式,以及各种破坏模式的发展过程;提出了近距离爆炸下站台柱损伤长度和水平位移最大值的计算公式,可快速预测站台柱的破坏模式。(3)应用直接模拟法和拆除构件法分析了不同位置站台柱受爆时地铁车站结构的动态响应,结果表明应用拆除构件法分析得到的柱顶竖向位移较大,相差约60%;单根站台柱失效时,车站结构不会发生连续倒塌。建议了引入承载力剩余系数的车站剩余结构动态响应简化分析方法,该方法可避免建立复杂有限元模型快速分析站台柱失效时车站剩余结构的动态响应。

关键词：地铁车站内爆炸简化荷载模型站台柱破坏模式结构响应

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爆炸与次生火灾联合作用下钢结构损伤破坏及连续倒塌研究

爆炸与次生火灾联合作用下钢结构损伤破坏及连续倒塌研究

引用

作者：陈晔天津大学

学位级别：博士

恐怖爆炸袭击和意外爆炸事件不仅会直接造成周围人员伤亡及建筑物的损坏,而且其诱发的火灾等次生灾害会进一步加剧灾害程度。对于目前广泛应用的钢结构建筑,爆炸与火灾的联合作用很容易造成钢结构构件,尤其是竖向承重钢柱的损伤和破坏,... 详细信息

恐怖爆炸袭击和意外爆炸事件不仅会直接造成周围人员伤亡及建筑物的损坏,而且其诱发的火灾等次生灾害会进一步加剧灾害程度。对于目前广泛应用的钢结构建筑,爆炸与火灾的联合作用很容易造成钢结构构件,尤其是竖向承重钢柱的损伤和破坏,并继而引发钢结构的连续倒塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡,同时给社会带来难以估量的负面影响。为了揭示爆炸与火灾联合作用下钢结构的损伤破坏机理及连续倒塌机制,本文主要系统地开展了三个方面的研究:作用于钢结构的爆炸荷载及爆炸诱发火灾场温度的模拟及预测,竖向承重钢柱在爆炸与火灾联合作用下的力学响应、破坏模式及损伤评估,以及钢框架结构在爆炸与火灾联合作用下的连续倒塌分析,主要的研究工作及取得的创新性成果包括以下几个方面:(1)研究了室内爆炸波传播、与结构相互作用及爆炸诱发火灾发展过程的模拟方法,提出了作用于建筑结构的爆炸荷载及温度作用预测公式。基于爆炸荷载在壁面及关键构件上的分布规律及超压时程曲线的特点,对爆炸荷载作用区域进行了划分,提出了各区域峰值反射超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算公式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度及房间几何尺寸的影响。结果表明,爆源高度和房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量基本无影响。进一步根据火源强度和通风条件的不同,将爆炸诱发火灾分为燃料控制型和通风控制型火灾,并研究了两种火灾场的温度分布规律。结果表明,燃料控制型火灾,除火焰区域外,同一高度处水平向温度相同,竖向温度呈双线性分布;通风控制型火灾,温度分布无规律可循,柱子处温度均匀分布。基于大量有限元数据,建立了火灾场空气升温的计算模型。(2)研究了爆炸与火灾联合作用下钢柱的力学响应及破坏模式。基于提出的室内爆炸超压荷载简化模型和爆炸诱发火灾场空气升温计算模型,分析了爆炸与火灾联合作用下钢柱的破坏模式。结果表明,不同于ISO834标准升温环境,钢柱在室内爆炸荷载与次生火灾的联合作用下,主要发生柱顶区域的局部破坏而非整体失稳破坏,且不同轴压比、截面尺寸及约束条件下的钢柱破坏模式基本相同。(3)研究了爆炸与火灾联合作用下钢柱损伤程度的高效评估方法。该方法将损伤评估分两步:第一步,基于提出的钢柱几何损伤判定指标,建立了预测钢柱在爆炸荷载作用下整体变形、截面局部变形及局部变形区域长度的压强-冲量(P-I)曲线图,并拟合得到了P-I曲线的预测公式;第二步,提出了将爆炸初始损伤引入抗火分析的数值方法,建立了钢柱抗火简化分析模型,并采用该模型预测了爆炸与火灾联合作用下钢柱的损伤程度。结果表明,提出的方法在保证计算精度的前提下,可节省80%的计算时间,方便应用于工程实际。(4)研究了约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下的损伤评估方法。基于建立的约束钢柱分析模型,建立了评估约束钢柱在爆炸荷载作用下损伤程度的P-I曲线,并研究了超压时程曲线形状对P-I曲线的影响。结果表明,超压时程曲线形状只对P-I曲线的动力荷载阶段有影响。进一步根据火灾下破坏时间的定义,建立了评估约束钢柱在室内爆炸与火灾联合作用下破坏情况的压强-冲量-时间(PI-t)曲面图及表达式,并与无约束钢柱的结果进行了比较。结果表明,在进行爆炸与火灾联合作用下钢柱的损伤评估时,现阶段普遍使用的柱端竖向自由变形假定是不适用的,应按实际情况考虑柱端约束。参数分析表明,约束刚度对破坏时间基本没有影响;当爆炸损伤较小时,壁厚对破坏时间影响很小;当爆炸损伤较大时,壁厚越大钢柱越易破坏,但在压力-冲量-时间空间中,仍为壁厚越小、柱高越高的钢柱越易破坏。(5)研究了爆炸与火灾联合作用下钢框架连续倒塌的分析方法及抗倒塌机制。基于宏观模型及用户自定义的节点材料模型,建立了考虑节点轴力-弯矩耦合效应的钢框架连续倒塌高效分析模型,并结合本文建立的荷载简化模型,研究了室内爆炸与火灾联合作用下钢框架的抗倒塌机制。结果表明,结构中存在内部刚性框架时,刚性框架柱代替重力框架柱成为最易损构件,因此建议将刚性框架布置在结构外围;鳍板螺栓连接节点是钢框架的薄弱环节,提高其鲁棒性可增强钢框架的抗倒塌性能,并防止局部垮塌先于连续倒塌发生;对于钢框架,当火灾单独作用时外围房屋为最危险区域,但当爆炸与火灾联合作用时,角部房屋为最危险区域;当房屋内的炸药当量小于200kg时,倒塌时间的降低幅度小于40%。基于钢框架抗倒塌机制,并结合本文建立的钢柱损伤评估P-I-t曲面计算式,提出了钢结构倒塌快速预测方法,并通过与直接模拟法结果的对比,验证了该方法可有效评估钢结构的抗倒塌性能并准确预测倒塌时间。

关键词：钢结构爆炸荷载爆炸诱发火灾简化荷载模型破坏模式损伤评估连续倒塌

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