CFRP-混凝土-钢管组合柱抗爆响应数值研究

发布时间：2020-07-04 21:47

【摘要】：近年来,爆炸事件的频繁发生使得建构筑物遭受爆炸冲击作用的可能性随之增大,人们的生命和财产安全受到的威胁正与日俱增。国内外研究学者急需寻找更安全的防护结构和对现有工程进行抗爆加固设计。其中最重要的一个环节是对组成建构筑物的结构或构件在爆炸冲击荷载作用下的动态响应进行研究。FRP-混凝土-钢管组合柱(FRP-concrete-steel double-skin tubular columns)作为一种近年来被提出和研究的新型组合构件,不仅继承了复式中空夹层钢管混凝土柱抗震性能好、承载力高、塑性和延性较好等诸多优点,而且解决了复式中空夹层钢管混凝土柱外部钢管易遭受腐蚀、耐火性差等不足。而在纤维增强材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)中因碳纤维复合增强材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)弹性模量较大被广泛使用。由于该类构件具有良好的力学性能和经济性能,已经越来越多地被应用到实际工程建设中。为了研究CFRP-混凝土-钢管组合柱抵抗爆炸冲击波作用的能力,本文主要采取数值模拟的手段对CFRP-混凝土-钢管组合柱进行了抗爆动态响应研究以及设计因素参数化分析,主要研究工作内容如下:1.查阅了大量文献以及相关研究成果,了解了爆炸的基本现象和分类、爆炸冲击波相关参数的内涵和计算方法、爆炸相似定律、爆炸冲击波的传播规律等爆炸荷载基本理论、相关材料的动力特性以及国内外研究学者对爆炸荷载作用下结构或构件的抗爆动态响应研究现状;2.在对爆炸冲击波与结构或构件的相互作用进行数值模拟之前,为了验证相同介质中爆炸冲击波相关参数的准确性,对自由空气下TNT炸药爆轰演变过程进行了数值模拟,分析了爆炸冲击波在自由空气中的传播规律和网格尺寸对超压峰值的影响,并将爆炸冲击波相关参数的模拟值与几个常用的经验公式预测值进行了对比,得到的数值模拟值和经验公式预测值的发展规律较为吻合,为后续模拟的准确性提供了相关的依据;3.基于大型显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了TNT炸药—空气—CFRP-混凝土-钢管组合柱的整体耦合有限元模型,利用ALE多物质流-固耦合法实现了爆炸冲击波和柱之间的相互耦合作用,重点分析了柱的典型抗爆动态响应特性,如破坏形态、位移、CFRP表面应变分布以及混凝土、钢管和CFRP的等效应力和第一主应力等;4.依据前文所得到的结论,从混凝土强度等级、折合距离、截面含钢率、CFRP厚度、截面空心率、轴压比以及截面类型七个因素出发,建立了爆炸荷载作用下不同设计参数条件的CFRP-混凝土-钢管组合柱数值分析模型,选用柱中节点位移时程曲线作为比较,定性地分析了各个设计参数变化对其抗爆性能的影响。研究内容和成果可为该类构件的抗爆设计提供参考。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

1图 1.1 美国“9·11”事件 图 1.2 卡拉奇暴恐袭击事件在我国，爆炸恐怖袭击事件虽然罕见，但是由人为疏忽下所导致的煤气、天然气及危险化学品等意外爆炸事故却频频发生。近年来我国典型的由爆炸引发的灾难事有：2001 年 3 月 16 日，石家庄市爆炸事故致使大范围建筑物倒塌，导致 108 人遇

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本文编号：2741638