爆炸作用下地下结构立柱动力响应及安全防护研究

• 作 者: 李宿平
• 出 处: 山东科技大学
• 发表日期: 2021年06期
• 关键词: 地下结构 钢筋混凝土柱 爆炸冲击 动力响应 安全防护

随着现代城市的高速发展,合理的开发和利用地下空间成为了必然趋势。然而地下结构所处的封闭环境以及构筑物上的荷载多变性、不确定性,一旦内部发生爆炸将会对结构和人群造成严重危害。因此关注地下结构在爆炸荷载下的冲击波传播规律与动力响应尤为重要。本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立钢筋混凝土柱在爆炸荷载下的流固耦合模型,分别模拟柱体在不同条件下的动力响应与抗爆效果,并进一步通过超压分布情况对周围人员伤害预测。主要研究内容和结果包括:(1)以地下商场内的钢筋混凝土柱为研究对象,建立典型的结构-空气-炸药流固耦合模型,研究柱体在内爆炸下的动力响应与冲击波传播规律。研究发现,炸药爆炸前期,柱体上的应力分布会出现很明显的“(分层”现象,随着时间的推移,柱体的动力响应变得复杂,柱体两端和方形柱体棱线附近应力分布较集中,需要重点关注。(2)分别研究了不同的炸药量、距离以及立柱形式下柱体在爆炸时的动力响应。研究发现,随着炸药量的增大,各处的应力峰值也会增大,且增幅呈变缓趋势;随着距离的增大,各点的应力峰值不断减小,且应力的降幅较快;圆柱相比方柱,各参考线节点上的应力分布相对方柱更为均匀且应力峰值更小,柱体侧面相对方柱也更为安全。(3)研究了柱体添加钢板保护层对炸药的抗爆防护效果,通过建立外加保护层的耦合模型,对比未加防护层时两柱体上的应力分布与破坏程度。分析表明,添加钢板保护层能起到很好的防爆作用。(4)分析了国内外对爆炸冲击作用下人员伤亡的评价准则,基于安全规程与超压准则建立了不同伤害等级的评价标准,并验证了超压准则的可靠性,利用柱体各位置上的超压峰值对人员不同伤害程度下的安全距离进行了预测。