钢筋混凝土梁抗爆分析的改进等效单自由度方法

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世界范围内恐怖爆炸及意外爆炸事频繁发生,爆炸荷载作用到建筑结构上,会导致结构构件的破坏甚至建筑结构的连续倒塌,造成严重的人员伤亡与财产损失,因此对城市重要建筑进行抗爆分析与设计显得尤为重要。等效单自由度方法由于具有概念清晰、简单实用等特点,被广泛应用于建筑结构构件的抗爆分析与设计中。然而,现有等效单自由度方法仅考虑结构构件的弯曲破坏模式,根据试验和数值模拟结果可知,爆炸荷载作用下结构梁式构件可能会出现多种破坏模式,主要有弯曲破坏、直剪破坏和斜剪破坏,不同的破坏模式的动态响应不同,亟需针对不同破坏模式提出不同的结构构件抗爆分析的等效单自由度方法。本文以钢筋混凝土梁为研究对象,系统地研究了爆炸荷载作用下梁式构件可能发生的破坏模式,进一步在考虑梁仅发生直剪破坏的前提下,基于等效单自由度模型理论,根据Krauthammer提出的钢筋混凝土梁直剪抗力模型,建立了钢筋混凝土梁直剪破坏的等效单自由度系统,给出了梁的直剪响应时间、支座剪力和支座直剪滑移等动力响应的计算方法。考虑梁在发生斜剪破坏下,基于弯曲等效单自由度理论计算梁的动力响应,并依据支座附近的主拉应力判定斜裂缝的出现情况。假定爆炸荷载下梁式构件发生弯曲破坏、直剪破坏和斜剪破坏,提出了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏模式的判定方法;在此基础上提出了基于破坏模式的钢筋混凝土梁抗爆分析的等效单自由度方法,给出了该方法的分析步骤。通过将提出的等效单自由度分析结果与数值模拟结果和模态叠加法分析结果进行对比,验证了提出方法的有效性。本文提出的考虑不同破坏模式的改进等效单自由度分析方法,模型简单,概念清晰,可以快速准确地判定爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件破坏模式并进行动力分析。
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