工业厂房减振设施的抗冲击性能研究

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近年来,工程结构遭遇冲击、撞击的事件越来越多,造成的经济损失及人员伤亡不计其数。许多大型基础设施通过增强自身结构强度抵抗冲击,但防护效果一般,且造价较高。因此本文采用在缩尺结构上铺蒸压加气砼、泡沫混凝土等材料的方式验证减振设施的抗冲击效果。本文为研究减振设施的冲击防护效果,利用落锤冲击试验机进行减振材料的材性试验(40种工况、120个试件)、结构的缩尺(1:5)试验(13个试件),另外利用大型强夯机进行结构的现场缩尺(1:2)试验(2个试件)。最后利用ANSYS/LS-DYNA软件对主要试件进行数值模拟,将其结果与试验结果对比后提出减振材料本构和模拟边界条件,并进一步应用于工程实例的抗振分析。减振材料材性试验选取动量大小、材料种类、截面尺寸和试件厚度为变量,对试件在冲击荷载作用下的冲击反力、冲击接触时间、冲击深度等性能指标进行研究分析。试验结果表明:1)随着材料静强度增大,冲击反力及动强度均会增加,而试件截面尺寸、试件厚度和落锤动量对其影响较小;2)随着材料静强度、截面尺寸增大,冲击接触时间以及冲击深度减小;随着试件厚度、落锤动量增大,冲击接触时间以及冲击深度增加。缩尺(1:5)试验选取混凝土反槽、锤头接触面积、减振层厚度、材料强度、材料弹性模量、材料组合类型为变量,对减振设施的冲击力时程曲线和砌块变形机理进行研究分析。试验结果表明:1)减振层砌块上铺混凝土反槽和砂浆板等强度较大的材料时,锤头冲击力较单一砌块试件增加,锤头冲击深度较单一砌块试件减少;2)随着锤头截面面积和减振材料静强度提升,锤头冲击力增加,减振层变形量减少,冲击接触时间变短;3)减振层采用砌块+下铺XPS板的方案可在一定程度上消除底部合力时程曲线的反常峰值力,且减振效果优于砌块+上铺XPS板的方案。缩尺(1:2)试验采用缩尺(1:5)试验中减振效果较优的单一A3.5加气砼和A3.5加气砼砌块+下铺XPS板两试件,目的是对冲击反力和减振层变形机理进行验证,并评价及优化所选减振设施。试验最终给出当减振材料为单一加气砼砌块时落锤冲击力和落锤深度的简化设计公式。本文最后利用ANSYS/LS-DYNA软件介绍建模过程、确定材料的本构模型以及模型侧限条件,然后通过确定的本构模型和全部参数验证整体工业厂房的减振设施在落锤冲击作用下的减振效果。数值分析结果表明:数值模拟结果与试验结果呈现良好的一致性,且工业厂房四种模拟跌落工况下水池区域的乏燃料组件处于安全状态。
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