钢筋混凝土结构在其地下室内爆炸冲击下的损伤机理及连续倒塌研究

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建筑物在爆炸荷载作用下引发的连续倒塌具有发生时间短、破坏规模大、造成生命财产损失严重等特点,因此受到各国学者的高度关注。地下室由于其良好的使用功能及经济效果,因而在现代建筑物中广泛存在。鉴于地下室遭受爆炸冲击而引发结构连续倒塌问题的复杂性,本文在参考大量文献基础上,首先针对地下室内关键柱在爆炸荷载下的动态响应及破坏机理展开研究,然后深入分析钢筋混凝土框架结构在其地下室内遭受爆炸冲击时的破坏机理及倒塌灾变机制,主要研究工作及成果如下:(1)对国内外爆炸荷载下结构构件的破坏机理及引发结构连续倒塌问题的研究进行了综述,并在目前连续倒塌研究方法基础上,结合LS-DYNA显式动力分析软件相关功能,提出精度及效率兼备的“三阶段法”,并与替代传力路径法、直接模拟法对比分析,验证了本文方法的合理性及有效性。(2)研究了室内钢筋混凝土关键柱受到爆炸荷载作用的动力响应及破坏模式。运用LS-DYNA分析软件,建立包含空气、炸药、钢筋混凝土柱及室内周边环境的耦合体系模型,研究了炸药在不同高低位置、距柱不同远近时柱的动力响应和破坏过程,并将近柱爆炸时柱的主要破坏模式分为:局部冲切破坏和一般直剪破坏。通过参数化分析,探讨了影响钢筋混凝土柱动力响应的主要因素。(3)应用“三阶段法”研究了钢筋混凝土框架结构在其地下室内受到爆炸冲击时的倒塌灾变响应。建立带地下室钢筋混凝土框架、周围土体及空气、炸药的有限元模型,分析了炸药不同位置及结构不同层高、不同跨度条件下钢筋混凝土框架倒塌机制的异同。与纯地上框架结构在爆炸荷载下的倒塌机制对比,揭示了地下室周围土体在缓解倒塌灾害方面的积极意义。本文研究成果也可为单柱抗爆防爆及带地下室框架结构的抗连续倒塌研究及其工程应用提供了一定的参考。
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