爆炸荷载作用下钢管混凝土柱侧向挠度分析与损伤评估

发布时间：2020-11-13 21:18

　　 典型的重大爆炸事故造成了严重的人员伤亡及财产损失。爆炸作为一种特殊的灾害,一方面产生的碎片及巨大的冲击波会直接造成人员的伤亡,另一方面爆炸冲击波会导致建筑物损坏甚至倒塌,因此建筑结构的抗爆性能已成为结构设计的重要环节。钢管混凝土(CFST)柱具备良好的轴压承载性能、延性,抗爆性能优良,在防护工程中应用越来越多。对于结构在抗爆能力方面的研究分析,主要的内容在于两点,第一点是结构在受到爆炸作用后的位移、破坏模式等动力响应分析,第二点是作为结构框架的结构柱在受到爆炸作用后的损伤评估分析。针对上述问题,主要研究内容如下:(1)通过运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对课题组此前所完成的CFST柱爆炸试验进行分析,建立爆炸荷载下CFST柱爆炸全过程有限元模型。利用爆炸试验典型构件的位移时程曲线、超压时程曲线以及冲量时程曲线,对建立的有限元模型参数进行修正,结果表明误差均在合理的范围之类,该全过程数值模拟可有效地模拟爆炸试验的整个过程。(2)采用统计学方法得到各比例距离下具有90%保证率的爆炸冲量,并拟合得到关系曲线。基于爆炸冲量,采用等效单自由度(SDOF)法分别对方形、圆形CFST柱在爆炸荷载作用下的动态响应进行理论分析,计算得到CFST框架柱的柱中最大侧向挠度,通过将计算结果与课题组的爆炸试验结果进行对比来验证该理论分析方法的准确性,并基于参数分析结果给出了爆炸荷载下构件最小安全防护距离计算方法。结果表明:简化的理论分析方法可用于计算构件柱中最大挠度,且计算结果相较试验结果偏于安全。给定任意CFST柱的特征参数,运用理论分析与预测公式可计算得到柱构件在爆炸荷载作用下的柱中侧向挠度。参数分析的结果说明适当的增加柱的轴压比可以导致CFST柱刚度和强度的增加,轴压比、套箍系数和比例距离对CFST柱的抗爆性能具有显著的影响。(3)分别采用数值模拟法和等效单自由度法基于支座转角位移损伤评估准则建立了圆形CFST柱构件的压力-冲量(P-I)曲线图,分析各参数对P-I曲线及其超压渐近线和冲量渐近线的影响。研究表明:支座转角评估准则可以有效的反映爆炸荷载作用下CFST柱的破坏程度。数值模拟CONWEP算法和等效单自由度法均能较好的得到CFST柱在爆炸荷载作用下的P-I曲线图,但数值模拟法得到的P-I曲线在冲量渐近线附近有向右上方上扬趋势,单自由度法得到的P-I曲线在数值模拟法的左下方,单自由度法具有更高的安全冗余度。CFST柱高与各渐近线呈反比例关系,即随着柱高的增加,超压渐近线值、冲量渐近线越来越小;随着CFST柱轴压比的增加,构件的超压渐近线值、冲量渐近线值先增大后迅速减小;CFST柱壁厚、钢材强度和混凝土强度与各渐近线呈正比例关系,即随着各参数的增加,超压渐近线值、冲量渐近线值越来越大。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

1图 1-1 恐怖袭击爆炸事故事故主要集中在化工厂燃料爆炸、居民楼燃气爆炸、矿场瓦斯爆炸等等管理不规范、生产操作不规范等导致了诸多安全隐患，最终导致意外爆14 年 8 月 2 日，昆山市粉尘爆炸事故，2015 年 8 月 12 日，天津滨海新生爆炸，是国内代价最高的灾难事件之一，爆炸总能量为 421 吨 TNT 当

图 1-2 国内爆炸事故混凝土(Concrete Filled Steel Tubuar ,简称 CFST)构件具备良好的轴压承载构件体积小，自重轻；抗震性能好；耐火性能优异；施工速度快等优点[层和超高层建筑中的框架柱构件，大范围应用于深圳赛格广场、广州合景、天津津塔和广州西塔等知名建筑。钢管混凝土具有良好的抗爆性能，一、强度高、延性好，能吸收较多的爆炸能量，二是钢管能有效的阻止核心高速飞散，三是核心混凝土破坏时向四周膨胀，从而限制钢管发生屈曲，脆性破坏。会导致建筑结构的损伤甚至倒塌，严重危害了建筑物内人员的生命安全和此对于建筑结构在爆炸荷载作用下的破坏机理进行研究分析，进而采取合是非常必要的。当前国内没有提出相应的抗爆设计规程，对于建筑结构的于起步阶段，还存在很多问题需要解决。由于爆炸荷载作用引起的结构破构件如梁、板、柱等受力构件的破坏，然后在结构受力改变之后引起邻近

FST 柱最大挠度(有轴压)CFST 柱最大挠度(无轴压)CFST 柱最大挠度多参数公式拟合P-I 曲线对比分析P-I 曲线损伤分析LS-DYNA 数值模拟CONWEP 算法理论分析数值模拟
【参考文献】

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本文编号：2882658