球面网壳外爆荷载概率模型及失效机理研究
发布时间：2021-12-18 02:20
近些年,恐怖袭击爆炸事件及日常生产生活中由于违规操作导致的各种意外爆炸事故频发。大跨空间结构常作为一个区域的标志性公共建筑,如果遭遇爆炸,将造成重大的人员伤亡和设施损坏,带来不可估量的经济损失和恶劣的社会影响,所以该种结构在服役期间需具备一定的抗爆防护能力。因此,开展大跨空间结构抗爆性能和防护方法的研究具有重要的社会和经济意义。当前对大跨空间结构在爆炸作用下的相关研究成果还比较少,存在着诸多尚未解决的难题。在爆炸荷载方面,缺少可靠的试验数据作为分析复杂曲面结构上爆炸荷载时空分布特征和变异性特征的依据,适用于指导大跨空间结构设计的外爆荷载模型还是空白;在结构动力响应方面,对大跨空间结构在外爆下动力响应模式及失效机理的揭示还存在不足;在数值仿真技术方面,目前已提出多种数值方法在得出的结果和计算效率两方面都有比较大的差异,缺少针对性的校核试验以建立高效、可靠的有限元数值分析模型。因此,本文基于可靠性的抗爆设计思想,以单层球面网壳为研究对象,综合理论分析、数值模拟和场地试验等手段,从概率的角度研究结构抗爆过程中荷载和结构的各种不确定因素,并揭示结构的外爆响应机理,建立结构的外爆响应概率模型,以...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国家大剧院Fig.1-1NationalCentreforthePerforming
载的作用；相比于平面受力结构，空间结构能够满足大跨度需求并能表现出卓越的工作性能和经济性能[1-4]，广泛应用于体育场馆、航站楼、候车厅、飞机库、会展中心、影剧院等公共建筑和大型厂房中。如跨度为187m日本名古屋体育馆、轮廓尺寸为142m×212m的国家大剧院（图1-1）、平面尺寸为177m×177m的国家游泳中心“水立方”等为大跨度球形、椭球形、长方体空间结构的代表。近年来，结合新材料和新技术，更是创造出许多跨度更大、体型更加丰富且轻盈的空间结构体系，如由双层网壳和单层网壳组合而成的杭州奥体中心花瓣体育场（图1-2）、柱球组合面的黑龙江速滑馆等。大跨空间结构能够使自身多样的结构体系和良好的受力性能协调统一[5,6]，在保证建筑功能空间分配合理的同时，满足建筑造型多样化和大跨度的需求，多作为所在地区甚至是国家的标志性建筑和人文景观。图1-1国家大剧院图1-2杭州市奥林匹克体育中心Fig.1-1NationalCentreforthePerformingArtsofChinaFig.1-2HangzhouOlympicSportsCenter近些年，由于经济发展不平衡、社会不安定等原因，恐怖爆炸袭击在全球频繁发生。根据全球恐怖袭击数据库统计（GlobalTerrorismDatabase,GTD），自1970年到2014年恐怖爆炸事件共计发生近14万起[7]，特别是近年来尤为猖獗，平均每年发生2000起，即每天要发生5次以上[8]。许多大跨度空间结构承担容纳密集人口或重要物资的功能，具有社会影响力大的特点，所以容易成为恐怖袭击的目标。2016年12月11日，在土耳其首都Vodafone体育馆发生恐怖
民币。在这次意外爆炸中，相当于引爆置于地面的450吨球形TNT炸药，以大爆坑为爆炸中心，150米范围内的建筑被摧毁，冲击波波及范围最远达13.3公里，例如距离爆源爆坑中心0.6km的天津津滨轻轨东海路站一网架结构发生严重倒塌，如图1-5所示，附近的工业厂房也发生严重损毁。表1-1对近年来大跨空间结构受到的相关恐怖袭击事件和意外爆炸威胁作了简要统计，由表可以看出，此类建筑受攻击和人员伤亡事故频发，结构抗爆防护功能面临着严峻考验，因此开展大跨空间结构在爆炸作用下的响应及可靠性研究具有重要的社会和经济意义。图1-35.22曼彻斯特体育馆恐袭爆炸图1-42.16美军第三基地的机库恐袭爆炸Fig.1-3TerroristexplosioninManchesterStadiumFig.1-4Terroristexplosioninplanegaragea)津滨轻轨东海路站b)大跨厂房a)DonghairoadstationofJinbinlightrailb)Large-spanfactorybuilding图1-58.12天津滨海新区意外爆炸Fig.1-5ExplosionaccidentinTianjinBinhaiNewArea
【参考文献】：
期刊论文
[1]重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨[J]. 李忠献,任其武,师燕超,丁阳. 建筑结构学报. 2016(03)
[2]K8型单层球面网壳基于AUTODYN的外爆响应分析[J]. 杨帆,支旭东,范峰. 工程力学. 2015(S1)
[3]大跨双层球面网壳结构连续倒塌失效机理研究[J]. 韩庆华,王晨旭,徐杰. 空间结构. 2014(02)
[4]结构形态学与现代空间结构[J]. 沈世钊,武岳. 建筑结构学报. 2014(04)
[5]混凝土防爆墙对爆炸冲击波传播的影响[J]. 张千里,张耀,年鑫哲. 振动与冲击. 2013(24)
[6]现代大跨空间结构在中国的应用与发展[J]. 董石麟,邢栋,赵阳. 空间结构. 2012(01)
[7]显式准静态几种加载方法的讨论[J]. 黄志辉,陈盛钊,柏友运. 武汉理工大学学报. 2011(06)
[8]爆炸荷载下K8型单层球面网壳的数值模拟[J]. 王永辉,翟希梅,支旭东,范峰. 哈尔滨工业大学学报. 2011(04)
[9]爆炸荷载作用下平板网架结构破坏倒塌分析[J]. 丁阳,汪明,李忠献. 土木工程学报. 2010(S2)
[10]地铁车站内爆炸波的传播规律与超压荷载[J]. 曲树盛,李忠献. 工程力学. 2010(09)
博士论文
[1]钢储罐结构爆炸冲击荷载与动力响应的数值模拟研究[D]. 胡可.浙江大学 2016
[2]中心内爆作用下单层球面网壳爆炸荷载及失效机理研究[D]. 马加路.哈尔滨工业大学 2016
[3]网壳结构冲击响应及失效机理精细化研究[D]. 林莉.哈尔滨工业大学 2015
[4]大跨屋盖结构风效应不确定性及抗风设计方法研究[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2012
[5]强震作用下单层网壳结构倒塌机理及抗倒塌措施[D]. 葛金刚.天津大学 2012
[6]典型地铁结构内爆炸流场分布及动力反应研究[D]. 闫秋实.清华大学 2011
[7]冲击荷载下网壳结构的失效机理研究[D]. 王多智.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]内爆炸下大跨球面网壳结构的损伤评估和防爆方法[D]. 乐李辉.华侨大学 2018
[2]单层椭球壳结构在内爆炸下的失效机理研究[D]. 高健.华侨大学 2016
[3]带防爆墙网壳的抗爆性能与爆炸响应简化计算方法研究[D]. 苏倩倩.哈尔滨工业大学 2016
[4]单层球面网壳基于GBS系统外爆试验及响应分析[D]. 邵庆梧.哈尔滨工业大学 2015
[5]外爆荷载下K8型单层球面网壳的损伤模型与损伤评估研究[D]. 孙振宇.哈尔滨工业大学 2015
[6]内爆炸下单层球面网壳的响应模式及机理研究[D]. 唐文勋.华侨大学 2014
[7]单层球面网壳在外爆荷载下的可靠度分析及风险评估研究[D]. 梁婷婷.哈尔滨工业大学 2013
[8]单层球面网壳基于CONWEP外爆响应分析及试验设计[D]. 倪晋峰.哈尔滨工业大学 2012
[9]K8型单层球面网壳在爆炸荷载下的动力响应及防护措施[D]. 黄明.哈尔滨工业大学 2012
[10]空间网架结构在爆炸作用下的冲击荷载及泄爆措施[D]. 刘颖.华侨大学 2012
本文编号：3541430
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国家大剧院Fig.1-1NationalCentreforthePerforming
载的作用；相比于平面受力结构，空间结构能够满足大跨度需求并能表现出卓越的工作性能和经济性能[1-4]，广泛应用于体育场馆、航站楼、候车厅、飞机库、会展中心、影剧院等公共建筑和大型厂房中。如跨度为187m日本名古屋体育馆、轮廓尺寸为142m×212m的国家大剧院（图1-1）、平面尺寸为177m×177m的国家游泳中心“水立方”等为大跨度球形、椭球形、长方体空间结构的代表。近年来，结合新材料和新技术，更是创造出许多跨度更大、体型更加丰富且轻盈的空间结构体系，如由双层网壳和单层网壳组合而成的杭州奥体中心花瓣体育场（图1-2）、柱球组合面的黑龙江速滑馆等。大跨空间结构能够使自身多样的结构体系和良好的受力性能协调统一[5,6]，在保证建筑功能空间分配合理的同时，满足建筑造型多样化和大跨度的需求，多作为所在地区甚至是国家的标志性建筑和人文景观。图1-1国家大剧院图1-2杭州市奥林匹克体育中心Fig.1-1NationalCentreforthePerformingArtsofChinaFig.1-2HangzhouOlympicSportsCenter近些年，由于经济发展不平衡、社会不安定等原因，恐怖爆炸袭击在全球频繁发生。根据全球恐怖袭击数据库统计（GlobalTerrorismDatabase,GTD），自1970年到2014年恐怖爆炸事件共计发生近14万起[7]，特别是近年来尤为猖獗，平均每年发生2000起，即每天要发生5次以上[8]。许多大跨度空间结构承担容纳密集人口或重要物资的功能，具有社会影响力大的特点，所以容易成为恐怖袭击的目标。2016年12月11日，在土耳其首都Vodafone体育馆发生恐怖
民币。在这次意外爆炸中，相当于引爆置于地面的450吨球形TNT炸药，以大爆坑为爆炸中心，150米范围内的建筑被摧毁，冲击波波及范围最远达13.3公里，例如距离爆源爆坑中心0.6km的天津津滨轻轨东海路站一网架结构发生严重倒塌，如图1-5所示，附近的工业厂房也发生严重损毁。表1-1对近年来大跨空间结构受到的相关恐怖袭击事件和意外爆炸威胁作了简要统计，由表可以看出，此类建筑受攻击和人员伤亡事故频发，结构抗爆防护功能面临着严峻考验，因此开展大跨空间结构在爆炸作用下的响应及可靠性研究具有重要的社会和经济意义。图1-35.22曼彻斯特体育馆恐袭爆炸图1-42.16美军第三基地的机库恐袭爆炸Fig.1-3TerroristexplosioninManchesterStadiumFig.1-4Terroristexplosioninplanegaragea)津滨轻轨东海路站b)大跨厂房a)DonghairoadstationofJinbinlightrailb)Large-spanfactorybuilding图1-58.12天津滨海新区意外爆炸Fig.1-5ExplosionaccidentinTianjinBinhaiNewArea
【参考文献】：
期刊论文
[1]重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨[J]. 李忠献,任其武,师燕超,丁阳. 建筑结构学报. 2016(03)
[2]K8型单层球面网壳基于AUTODYN的外爆响应分析[J]. 杨帆,支旭东,范峰. 工程力学. 2015(S1)
[3]大跨双层球面网壳结构连续倒塌失效机理研究[J]. 韩庆华,王晨旭,徐杰. 空间结构. 2014(02)
[4]结构形态学与现代空间结构[J]. 沈世钊,武岳. 建筑结构学报. 2014(04)
[5]混凝土防爆墙对爆炸冲击波传播的影响[J]. 张千里,张耀,年鑫哲. 振动与冲击. 2013(24)
[6]现代大跨空间结构在中国的应用与发展[J]. 董石麟,邢栋,赵阳. 空间结构. 2012(01)
[7]显式准静态几种加载方法的讨论[J]. 黄志辉,陈盛钊,柏友运. 武汉理工大学学报. 2011(06)
[8]爆炸荷载下K8型单层球面网壳的数值模拟[J]. 王永辉,翟希梅,支旭东,范峰. 哈尔滨工业大学学报. 2011(04)
[9]爆炸荷载作用下平板网架结构破坏倒塌分析[J]. 丁阳,汪明,李忠献. 土木工程学报. 2010(S2)
[10]地铁车站内爆炸波的传播规律与超压荷载[J]. 曲树盛,李忠献. 工程力学. 2010(09)
博士论文
[1]钢储罐结构爆炸冲击荷载与动力响应的数值模拟研究[D]. 胡可.浙江大学 2016
[2]中心内爆作用下单层球面网壳爆炸荷载及失效机理研究[D]. 马加路.哈尔滨工业大学 2016
[3]网壳结构冲击响应及失效机理精细化研究[D]. 林莉.哈尔滨工业大学 2015
[4]大跨屋盖结构风效应不确定性及抗风设计方法研究[D]. 吴迪.哈尔滨工业大学 2012
[5]强震作用下单层网壳结构倒塌机理及抗倒塌措施[D]. 葛金刚.天津大学 2012
[6]典型地铁结构内爆炸流场分布及动力反应研究[D]. 闫秋实.清华大学 2011
[7]冲击荷载下网壳结构的失效机理研究[D]. 王多智.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]内爆炸下大跨球面网壳结构的损伤评估和防爆方法[D]. 乐李辉.华侨大学 2018
[2]单层椭球壳结构在内爆炸下的失效机理研究[D]. 高健.华侨大学 2016
[3]带防爆墙网壳的抗爆性能与爆炸响应简化计算方法研究[D]. 苏倩倩.哈尔滨工业大学 2016
[4]单层球面网壳基于GBS系统外爆试验及响应分析[D]. 邵庆梧.哈尔滨工业大学 2015
[5]外爆荷载下K8型单层球面网壳的损伤模型与损伤评估研究[D]. 孙振宇.哈尔滨工业大学 2015
[6]内爆炸下单层球面网壳的响应模式及机理研究[D]. 唐文勋.华侨大学 2014
[7]单层球面网壳在外爆荷载下的可靠度分析及风险评估研究[D]. 梁婷婷.哈尔滨工业大学 2013
[8]单层球面网壳基于CONWEP外爆响应分析及试验设计[D]. 倪晋峰.哈尔滨工业大学 2012
[9]K8型单层球面网壳在爆炸荷载下的动力响应及防护措施[D]. 黄明.哈尔滨工业大学 2012
[10]空间网架结构在爆炸作用下的冲击荷载及泄爆措施[D]. 刘颖.华侨大学 2012
本文编号：3541430
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