【摘 要】
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大跨空间结构因其内部空间大、造型美观等特点,被广泛应用于大型公共建筑,这类建筑通常是城市地标和城市名片,容易成为恐怖袭击的目标,因此针对大跨空间结构的防爆抗爆研究是十分必要的。本文选取球面网壳结构为研究对象,采用数值模拟结合试验的方法,对球面网壳结构的防爆关键位置超压、支承柱的动力响应和损伤机理进行研究,主要内容包括:(1)开展了球面网壳结构内爆炸缩尺试验,分析了炸药量变化对结构破坏效应和测点超压
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大跨空间结构因其内部空间大、造型美观等特点,被广泛应用于大型公共建筑,这类建筑通常是城市地标和城市名片,容易成为恐怖袭击的目标,因此针对大跨空间结构的防爆抗爆研究是十分必要的。本文选取球面网壳结构为研究对象,采用数值模拟结合试验的方法,对球面网壳结构的防爆关键位置超压、支承柱的动力响应和损伤机理进行研究,主要内容包括:(1)开展了球面网壳结构内爆炸缩尺试验,分析了炸药量变化对结构破坏效应和测点超压的影响,并将数值模拟结果与试验结果进行对比验证。结果表明:在不同炸药量下,数值模拟与试验结果的结构破坏效应相似,测点超压的相对误差在可接受误差范围内,证明了模拟方法与参数设置的正确性。(2)在数值模拟方法正确性的基础之上,运用ANSYS/LS-DYNA建立球面网壳结构内爆炸数值模型,提出了球面网壳结构的防爆关键位置和关键位置的反射放大系数,基于已有的入射波超压经验公式,提出了包含比例距离、矢跨比、高跨比等修正参数的关键位置反射波超压峰值计算式,并将计算结果分别与试验结果和模拟结果进行对比。结果表明:模拟结果与计算结果的相对误差较小,试验结果与计算结果的相对误差较大,但都在可接受的误差范围内,证明了该计算式的可行性。(3)以球面网壳支承柱为研究对象,分别研究了柱高、柱截面高度、炸药量以及炸药位置对支承柱动力响应的影响。结果表明:应力响应和位移响应均随柱高的增加而降低;工字型钢柱的截面高度对应力响应和位移响应的影响较小;随着炸药量的增加,应力响应和位移响应都有显著的提升;偏心爆炸时,反偏心方向支承柱与偏心方向支承柱的应力响应相当,但反偏心方向支承柱的位移响应更大。(4)基于剩余承载力破坏准则,提出了内爆炸下球面网壳支承柱的损伤评估方法,根据损伤指标DCOL将支承柱的损伤程度划分为轻度损伤、中度损伤、严重损伤、失效;对支承柱的损伤过程进行分析,并通过参数分析得到了炸药量、矢跨比和柱高对支承柱损伤程度的影响规律,解释了支承柱的损伤机理,为工程防爆设计提供有效依据。
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