地表多层建筑因邻近地下结构内爆炸连续倒塌引起的倾侧响应研究

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近年来因恐怖爆炸袭击和偶然性爆炸导致建筑物破坏的事件频繁发生,愈发凸显出对建筑物抗爆防爆研究的重要性。地下结构一旦遭受剧烈爆炸而被损坏,有可能导致整个地下结构坍塌,甚至会对邻近地表建筑造成严重破坏。本文针对筏基框架结构、带地下室框架结构和带桩基框架结构等三种类型地表建筑因邻近地下结构内爆炸下的连续倒塌引起的倾侧响应进行了分析研究,主要研究工作和成果包括:(1)运用ANSYS/LS-DYNA动力分析软件,建立了地下结构-土体-地表多层建筑(包括筏基框架结构、带地下室框架结构和带桩基框架结构)耦合体系模型。采用ALE流固耦合算法,模拟了地下结构内发生爆炸的情景;运用本文的三阶段模拟法对某地表多层建筑因邻近地下结构内爆炸下连续倒塌而引起的倾侧响应进行了研究,并将所得结果与替代传力路径法、直接模拟法进行对比,进而验证了本文方法的可靠性和高效性。(2)通过分析筏基框架结构、带地下室框架结构、带桩基框架结构三类地表建筑因邻近地下结构内爆炸下的连续倒塌引起的倾侧响应,发现筏基框架结构、带地下室框架结构的倾侧响应随着地下结构埋深的增加或与之水平间距的缩短呈非线性急速上升趋势(比较而言,其受地下结构埋深的影响更严重一些);带桩基框架结构在邻近地下结构内爆炸连续倒塌影响下的倾侧响应与它和地下结构间的水平距离存在着高度的非线性关联;且各地表建筑一层柱底是其遭受邻近地下结构内爆炸连续倒塌影响的薄弱点。(3)通过对比分析上述三类地表建筑的倾侧效应还可以得出,带桩基框架结构的抗倾侧能力优于筏基框架结构和带地下室框架结构;筏基框架结构在三种结构中抗倾侧性能最差。至于带桩基框架结构,由于桩基与土相互作用使得桩基发生较大扭曲,导致与桩基相连的上部结构一层柱底应力较大且分布不均匀。(4)依据建筑地基基础设计规范中有关倾斜允许值的规定,对本文三类地表建筑因邻近地下结构内爆炸下的连续倒塌引起倾侧的程度分别加以评判,再将各地表建筑安全等级划分为安全、一般倾斜、中等倾斜和严重倾斜四个级别,并根据由工况数据拟合出的曲线及公式确定出这三类地表建筑关于邻近地下结构的埋深和与之水平间距的安全范围。该方法和流程可为其它同类灾害下结构抗倾侧研究和设计提供有益的参考。
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