爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的破坏概率分析

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钢筋混凝土结构具有较大的刚度和质量,具有很好的抗爆能力。作为主要承重构件的钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下会产生损伤甚至破坏,有可能引发整体结构的倒塌,因此研究爆炸荷载下钢筋混凝土柱的破坏概率具有重要的工程价值。本文采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA和数学计算软件MATLAB分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的应变率效应和动力响应,提出了考虑应变率效应的等效单自由度方法,基于该方法对爆炸荷载下混凝土柱的易损性进行了分析。本文的主要研究内容如下:(1)采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土柱的精细化模型,根据Woodson&Baylot试验对模型进行了验证;利用精细化模型分析了比例距离、混凝土强度、纵筋配筋率、箍筋配箍率、轴压比、构件长度以及截面尺寸对于柱中迎爆面应变率的影响,并建立了迎爆面柱中平均应变率与主要影响参数的函数公式;探究了钢筋混凝土柱应变率沿柱深、柱宽及柱高方向的变化规律。(2)改进了钢筋混凝土柱动力响应的等效单自由度方法,通过截面分层法考虑了应变率沿柱深的变化,在钢筋混凝土柱抗力函数的求解过程中考虑了应变率沿柱高方向的变化,基于MATLAB计算软件将应变率效应引入到等效单自由度法的计算中,并通过与Woodson&Baylot试验和传统等效单自由度方法结果进行对比,证明了考虑应变率效应的等效单自由度方法的适用性与正确性。(3)计算了不同类型汽车炸弹作用下钢筋混凝土柱的损伤及破坏概率,结果表明随着比例距离的减小,混凝土柱的损伤及破坏概率均急剧上升;考虑爆炸荷载和钢筋混凝土柱抗力的不确定性,并对其进行了敏感性分析,结果表明爆炸荷载正超压持时、爆炸荷载冲量和正超压峰值是影响钢筋混凝土柱破坏概率较大的随机变量;分析了混凝土强度、柱截面尺寸和高度等参数对钢筋混凝土柱破坏概率的影响,结果表明随着混凝土强度的提高、截面尺寸的增大,柱的破坏概率呈下降趋势,随着柱高的增高,柱的破坏概率呈上升趋势。
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