【摘 要】
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钢结构在国内外的应用已相当广泛,且这些采用钢结构的建筑都具有重要的政治经济意义,一旦发生爆炸和火灾等灾难性事件,将会严重威胁人类的生命财产安全,因此,有必要对钢结构
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钢结构在国内外的应用已相当广泛,且这些采用钢结构的建筑都具有重要的政治经济意义,一旦发生爆炸和火灾等灾难性事件,将会严重威胁人类的生命财产安全,因此,有必要对钢结构的抗火和抗爆性能进行研究。关于爆炸和火载荷单独作用下钢结构响应行为的研究颇多,爆炸和火载荷联合作用下钢结构性能的研究则相对较少。美国911事件之后,爆炸和火载荷共同作用下,钢结构的性能研究和响应分析变得越来越重要。本文利用有限元通用程序ABAQUS,对钢梁和门式刚架在爆炸与火荷载共同作用下的响应行为进行了数值模拟,所做的研究工作主要为以下几个方面:(1)考虑火与爆炸载荷施加顺序不同的两种情况,经研究分析确定了钢梁和门式刚架的破坏准则。确立的破坏准则为:火与爆炸载荷施加顺序不同的两种情况下,均以最大挠度达到L/10(L为梁的跨度)作为钢梁的破坏准则;当火与爆炸载荷先后作用时,室内爆炸的情况下,刚架梁中部损伤累积严重,将门式刚架突然倒塌作为其破坏准则,室外爆炸的情况下,将门式刚架柱顶位移达到h/60(h为柱高度)作为其破坏准则;当先承受爆炸载荷后受火侵袭时,爆炸载荷作用后,门式刚架能够继续承载的前提下,室内和室外爆炸两种情况下均以刚架梁的最大挠度为L/10作为门式刚架的破坏准则。(2)根据破坏准则确定先受火后受到爆炸载荷作用时钢梁和门式刚架的脉冲载荷峰值-冲量(P-I)图和先承受爆炸载荷冲击后受火侵袭时的临界温度-冲量(0-I)图,讨论温度对(P-I)图的影响,以及脉冲载荷峰值对Tcr-I图的影响。分析结果表明:火灾温度越高钢梁和门式刚架的抗冲击能力越低;爆炸载荷的作用会显著降低钢梁和室内爆炸情况下门式刚架的抗火性能,门式刚架在室外爆炸载荷作用后能继续承载时,忽略爆炸载荷对其抗火性能的影响。(3)研究了爆炸载荷类型对钢梁抗火和抗冲击能力的影响。研究发现:当钢梁先受火后受到爆炸载荷作用时,温度和静载荷比相同的情况下,指数脉冲载荷、三角形脉冲载荷、矩形脉冲载荷作用下钢梁的抗冲击能力依次减小;当钢梁先承受爆炸载荷作用后受火侵袭时,动载荷比和静载荷比相同情况下,矩形、三角形、指数爆炸脉冲载荷对钢梁抗火性能的影响依次减小:随着动载荷比的增加,爆炸载荷类型对钢梁抗火性能的影响降低。
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