近距爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应及损伤评估

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钢筋混凝土板作为框架结构中的主要构件,由于其本身特点,在爆炸荷载作用下受荷面积较大容易发生破坏,板的破坏可能使梁柱等重要结构构件失去侧向支撑,导致结构发生连续性倒塌等严重后果。同时,通过对以往爆炸事故的分析可以发现,近距离爆炸事故发生的概率更大且造成的破坏更加严重,严重威胁着人民的生命和财产安全。本文使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件研究近距爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应及受力特点。同时建立W-R等损伤曲线对近距爆炸下钢筋混凝土板的损伤进行评估。为近距爆炸下钢筋混凝土板抗爆规范的制定提供思路,本文主要研究内容如下:(1)根据爆炸荷载作用下钢筋混凝土板产生塑性大变形时的特点,合理假设挠曲面函数,利用虚功原理,得到四边固支条件下钢筋混凝土板的荷载不均匀系数β。利用β值能够定量地描述作用于构件迎爆面荷载的不均匀程度;利用荷载不均匀系数和等效静载法计算近距爆炸荷载作用下板件的挠度。(2)为保证有限元模拟过程中所使用的材料模型及建模方式的正确性,本文首先对一个试验进行模拟,经对比发现有限元模拟结果与试验结果吻合度较高,可以使用相关材料模型及建模方法进行近距爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的有限元模拟。(3)建立四边固支的典型钢筋混凝土板有限元分析模型。研究在爆炸荷载作用下其迎爆面爆炸压力分布情况,计算得到β值,并分析β的影响因素;根据位移及应力云图,分析在爆炸荷载作用下可能发生损伤和裂缝的区域;改变板件的混凝土抗压强度、钢筋屈服强度、钢筋直径、钢筋间距和板厚,得到不同参数对板件动力响应的影响规律;并对四边固支和四边简支两种典型边界条件下各参数的敏感度进行分析。最终,得到提高钢筋混凝土板抗爆性能的关键因素。(4)应用基于支座转角的钢筋混凝土板损伤评估准则,并根据近距爆炸作用下荷载分布不均匀的特点,建立当量-距离(W-R)曲线描述板件的损伤;进一步得到近距爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的W-R曲线拟合公式,并对拟合公式进行验证和特征分析。最后研究各参数对板件损伤曲线的影响。
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