论文部分内容阅读
近年来,生产生活的意外爆炸和恐怖爆炸袭击时有发生,对人们生命财产安全构成了极大的威胁。爆炸一旦发生,不仅直接对爆源附近的人员和财产造成杀伤和损坏,而且由于爆炸荷载作用导致建筑结构关键支撑构件的失效,还可能引起建筑结构的局部或整体倒塌,从而加剧灾难程度。爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构的连续倒塌,由于其实验模拟的特殊性、试验方法本身的高要求以及爆炸移除作用过程的复杂性的特点,因此,以爆炸荷载作用下的连续倒塌为背景,研究快速移除钢筋混凝土柱后的结构抗倒塌性以及动力荷载效应具有工程与理论价值。下面是本文研究的主要内容。(1)利用有限元软件AUTODYN对近场爆炸荷载和内部约束爆炸荷载分别进行了数值模拟分析,通过对比计算与相关文献结果,验证了本文数值计算方法的有效性。利用该方法对网格尺寸收敛性进行了分析,分析结果表明：测点到爆心的距离与炸药半径的比值r对网格尺寸的收敛影响较大,在r<4.5范围内,超压峰值(冲量)的收敛网格尺寸为r/308(r/157.5)；在r>11.7范围内,超压峰值(冲量)收敛网格尺寸为r/81.9(r/40.95);在4.5<r<11.7范围内,超压峰值(冲量)收敛网格尺寸可以在r/308(r/157.5)～r/81.9(r/40.95)中插值确定。(2)基于某一钢筋混凝土空间框架结构爆破移除支撑柱情况下的实验数据,利用AUTODYN软件建立了炸药、空气和钢筋混凝土框架的三维有限元模型,并采用三阶段模拟方法,对该框架在爆破移除短边中柱和角柱后的两种工况进行了数值模拟计算,计算结果表明：爆破移除得到的失效柱的破坏形态和节点动态响应等均与实验实测结果吻合较好,进而验证了本文数值模拟方法的适用性和有效性。(3)运用AUTODYN软件对上述两种工况在忽略楼板作用的条件下进行了倒塌破坏数值模拟,模拟结果表明：角柱破坏后,剩余结构能够承受更大的极限荷载,且由短边中柱破坏引起的整体结构破坏程度比角柱破坏所引起的更为严重。(4)采用拟静力推覆分析法和瞬时加载法,运用有限元软件LS-DYNA对某单层钢筋混凝土平面框架进行了连续倒塌动力效应研究,研究结果表明：当结构运动在弹性范围内,动力放大系数最大值小于2；当结构运动进入弹塑性阶段时,动力放大系数与施加荷载成正比,且最大动力放大系数大于2；当结构运动进入塑性阶段时,动力放大系数与施加荷载成反比,且最大动力放大系数小于2；当结构运动进入倒塌极限阶段后,动力放大系数与施加荷载成正比,最大动力放大系数大于2,直至出现动力发散。(5)采用(4)中同样的方法对某多层钢筋混凝土平面框架结构的连续倒塌动力效应进行了研究,研究结果表明：平面框架的边柱失效引起的结构倒塌风险比中柱失效引起的风险更高,且连接失效柱的框架梁的另一端端部截面为抗连续倒塌的控制截面。(6)采用(4)中同样的方法对某钢筋混凝土空间框架结构的连续倒塌动力效应进行了研究,研究结果表明：当角柱失效时,其柱列动力放大系数随荷载的增大而增大,而其相邻框架柱的柱列动力放大系数随荷载的增大而减小；当短边中柱失效时,其柱列动力放大系数在施加荷载大于一定值时随荷载的增大而增大,且其相邻框架柱的柱列动力放大系数与之成正相关。这也说明角柱失效比短边中柱失效所引起的连续倒塌破坏范围要小。