建筑结构构件抗爆数值模拟研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangzhijun9999
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近年来,恐怖分子越来越频繁使用爆炸手段在世界各地制造恐怖事件,严重威胁着世界各国的城市安全。爆炸袭击也是世界范围内恐怖分子最常用、最普遍、最重要的袭击方式。在过去20年中,针对建筑物的恐怖活动和物理攻击事件在不断增多,且爆炸规模也在不断增大。  本文以建筑物结构构件遭受爆炸袭击为背景,采用数值模拟方法对爆炸荷载作用下建筑结构典型构件的防护方法进行研究。首先,讨论并分析了用于爆炸荷载作用下结构构件抗爆问题研究的数值模拟技术和算法,给出适用于抗爆问题数值模拟的材料状态方程、强度模型、失效准则。针对爆炸冲击问题现有数值计算方法存在不收敛问题,通过对不同Euler网格尺寸下的二维轴对称模型和三维1/4模型计算得到的超压分布结果的收敛性进行分析,得到空气中冲击波超压分布特性与Euler网格尺寸的关系。并将计算结果与常用经验公式进行对比分析,给出计算效率足够高、其计算精度满足研究需求的Euler网格尺寸。其次,为进一步验证各材料状态方程、强度模型、失效准则等在抗爆问题研究中的有效性,选取文献中报道的钢筋混凝土板在炸药近爆荷载作用下的损伤破坏实验结果为参考依据,对该工况进行数值模拟分析,将数值模拟得到的钢筋混凝土板的损伤结果与实验结果进行对比,验证抗爆问题数值结果的有效性。基于爆炸冲击波传播和损伤破坏机理,分别对贴钢板防护结构、钢板+橡胶层防护结构、钢板+砂层防护结构、三明治防护板防护结构、空穴层防护结构和圆形壳体防护结构的抗爆性能进行数值模拟研究。通过在混凝土迎爆面设置测量点来获取入射冲击波压力时程,分析不同防护结构对爆炸冲击波超压的防护效果;通过混凝土RHT损伤模型损伤度参数生成的损伤云图,对不同防护结构下的混凝土损伤结果进行对比。对带泄爆口的楼板和敷设有三明治防护板的楼板在爆炸荷载作用下的变形特性进行了数值模拟研究。通过在混凝土板下表面设置的测量点获取Z轴速度时程曲线和Z轴位移时程曲线,依此对不同防护方法的抗爆效果进行判断。
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