随着我国经济的发展与政治地位的提升,偶然爆炸和恐怖袭击等突发事件发生的概率难免会增加,建筑结构的抗爆抗冲击研究日渐受到防灾减灾工程领域学者的关注。目前重要的桥梁、多高层建筑、地下空间等多使用钢管混凝土柱支撑,研究钢管混凝土柱组合框架结构的抗爆-抗倒塌性能具有重要的理论与实际价值。本文基于课题组的钢管混凝土柱构件抗爆试验和即将开展的节点试验,运用非线性动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢管混凝土框架柱和多高层结构在爆炸荷载作用下的损伤和倒塌动态响应进行数值模拟,以此探讨结构的损伤分析流程和设计建议。主要研究工作及成果如下:(1)整理爆炸荷载的动态特性和框架结构中材料动态性能,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA实现框架柱在爆炸荷载下的破坏响应过程,与课题组曾进行的钢管混凝土柱构件爆炸试验进行破坏模态和位移响应的对比,验证了LS-DYNA有限元软件在爆炸荷载作用下钢管混凝土框架柱动力响应数值模拟分析中的适用性和准确性;据此进一步对比分析了两种钢管混凝土框架柱损伤判定准则,结果显示基于挠度损伤准则快速直接,而基于承载力准则考虑全面但误差较大,在小当量炸药破坏时,基于挠度准则比基于承载力准则损伤程度偏低,偏保守,对不同结构形式需从实际出发,选择适用的损伤判断准则;(2)根据经验证的有限元模型参数系统建立一个缩尺比例的多层钢管混凝土组合框架结构,研究目标边、角柱在爆炸荷载作用下达到中度损伤时,梁、加强环和结构整体的动力响应和损伤程度。结果表明,框架梁因爆炸荷载冲击波的入射角度不同有轴向压缩和侧向弯曲两种损伤形式,损伤波及高度范围为一到四层间;加强环节点通过等效塑性应变损伤判断最易断裂面为加强环的下环板与梁连接处,该处钢材达到屈服,但节点最终没有出现断裂;通过框架结构弹塑性层间位移角限值判断层间损伤程度,爆炸发生在边柱时1-3层达到塑性层间损伤,角柱处1-4层达到塑性层间损伤,这是由于框架角柱抗爆性能虽优于边柱,但楼板刚度使框架结构纵轴方向的耗能强于横轴,因此爆炸荷载发生在角柱迎爆时的结构层间侧移范围及程度都高于边柱;(3)设置爆炸比例距离、楼面荷载和节点钢材强度共三类参数,灵活运用直接模拟法和拆除构件法分析影响钢管混凝土框架结构倒塌响应的因素。结果表明,爆炸荷载比例距离对框架结构的倒塌破坏影响显著,随着比例距离的减小,框架的爆炸损伤范围增大,出现倒塌的趋势越快,且因拉结作用,框架结构破坏模式为上部整体倒塌;竖向倒塌响应与楼面荷载基本呈正比关系,倒塌范围以失效柱顶节点为圆心,呈扇形发展,角柱的“悬链线机制”抗力比边柱的弱;提高钢材材料强度能有效改善失效柱顶节点悬链线机制阶段的承载力,对于边柱处节点悬链线机制承载力最高能提升15.11%,随着屈服强度的提高,提升幅度逐渐降低,钢材强度对于角柱节点悬链线机制承载力性能改善有限;(4)结合工程实例提出钢管混凝土框架结构抗爆-抗倒塌评估和设计方法,抗爆设计从加强构件的抗侧力入手,抗倒塌从增加柱的轴向承载力和增加结构的延性、冗余度角度出发;钢管混凝土组合结构能有效限制框架柱的爆炸损伤,有利于抗连续倒塌设计,对于超大当量的抗爆设计建议以控为主、以防为辅的思路进行解决。