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地铁车站包括站台和停车轨道两部分,中间由混凝土柱进行支撑,形成一个封闭的地下空间;地铁隧道主要依靠其四周的混凝土衬砌进行支撑,保持结构稳定。这些起支撑作用的柱体和衬砌一旦遭受爆炸冲击而被破坏,就有可能引起整个结构坍塌,甚至引起周边地面建筑物的破坏和倒塌,造成巨大的灾难。本文以流体动力学和爆炸力学为理论基础,运用ANSYS/LS-DYNA软件,采用ALE方法和流固耦合算法,模拟了地铁站和地铁隧道内发生爆炸的情景,分析并研究了结构构件在遭受爆炸冲击下的响应情况,以及相关防护措施的防爆效果。主要研究工作包括:(1)建立地铁站内部空间结构模型,研究在地铁站内不同位置发生爆炸时,地铁站支承柱的响应情况。结果表明,当爆炸位置距柱体非常近时,柱体靠近炸药的部分将会被炸碎;当爆炸位置距柱体较远时,柱体的响应非常复杂,在爆炸波、反射波等共同作用下,柱体背面的应力水平可能更高,而且柱角部位非常容易发生破坏。(2)分别建立地铁站支承柱外敷设泡沫铝防护层和粘贴碳纤维布的模型,模拟在地铁站内不同位置发生爆炸时,地铁站支承柱的响应情况,对比分析两种防护措施的防爆效果。结果表明,泡沫铝防护层可以很好地衰减爆炸冲击波,对地铁站支承柱提供防护。粘贴碳纤维布降低了柱体的最大应力响应,并使得柱体的应力分布比较均匀,可以起到一定的防爆作用,但远不及泡沫铝防护层的效果好,故在工程防爆设计中应优先考虑敷设泡沫铝防护层。(3)针对地铁隧道内发生的爆炸,建立了炸药—空气—衬砌—土体耦合体系模型,分别模拟在敷设泡沫铝防护层前后地铁隧道中发生的爆炸,对比隧道衬砌的响应情况,分析泡沫铝防护层的防爆效果。研究结果表明,贴敷泡沫铝防护层之后,地铁隧道衬砌的应力水平大幅降低,而且应力分布比较均匀,防爆效果明显。