地震-燃气爆炸灾害链效应对剪力墙结构的损伤研究

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地震可能会导致建筑中的燃气管道受损而引发燃气泄漏,当室内燃气浓度达到一定阈值便会产生爆炸,从而形成小概率-大灾害的地震-燃气爆炸灾害链效应。目前研究大多是将地震或燃气爆炸单独作用于结构上进行分析,对于这种灾害链效应所导致的损伤规律尚不清楚。本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,以一个12层剪力墙建筑结构为研究对象,选取三条地震动并分别调幅至中震和大震强度后对结构进行非线性时程分析,地震作用结束后在结构的不同位置施加燃气爆炸荷载以模拟地震-燃气爆炸灾害链效应,研究剪力墙结构在灾害链效应下的动力响应和损伤规律。本文的主要研究成果如下:(1)采取将混合气体转化为等效炸药的TNT当量法,通过流固耦合算法进行燃气爆炸数值模拟,发现流固耦合算法能很真实地模拟室内发生燃气爆炸后的冲击波传播规律及作用于结构的整个过程;(2)地震作用下轻微损伤的结构遭遇燃气爆炸作用后,结构的位移和塑性变形显著增大。中震-燃气爆炸灾害链效应可使位移响应增大约20~30倍,大震-燃气爆炸灾害链效应可使位移响应增大约30~56倍;(3)在地震作用下本文剪力墙结构基本完好或轻微破坏。当燃气爆炸发生后,结构具有明显损伤,处于中等破坏损伤状态,甚至在地震-六层燃气爆炸灾害链效应下剪力墙结构接近严重破坏损伤状态,瞬时冲击波使直接承受爆炸荷载的构件失效。因此,在结构设计中,“小概率-大危害”事件应当给予充分考虑。
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