21世紀(jì)以來,世界各地頻繁發(fā)生恐怖襲擊和意外爆炸事故,爆炸沖擊波作用于建筑結(jié)構(gòu)上造成結(jié)構(gòu)破壞甚至發(fā)生倒塌,對人們的生命財(cái)產(chǎn)造成極大損害,因此建筑結(jié)構(gòu)的抗爆研究已成為近年來結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要課題。近年來,大量關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究表明,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的抗爆性能,在結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)中有很大的潛力。目前對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗爆研究主要集中于鋼管混凝土柱構(gòu)件的抗爆研究中,對于梁柱連接的節(jié)點(diǎn)位置的抗爆性能研究甚少,而節(jié)點(diǎn)位置作為框架結(jié)構(gòu)得以形成的關(guān)鍵部位,其對保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。因此,研究鋼管混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗爆性能對建筑結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)具有重要的理論和實(shí)際意義。本文根據(jù)課題組此前于南京所做的鋼管混凝土試件的爆炸試驗(yàn),使用LS-DYNA有限元軟件,建立炸藥、空氣、鋼管和混凝土模型,對鋼管混凝土試件在2號(hào)巖石乳化炸藥爆炸作用下的動(dòng)力響應(yīng)全過程進(jìn)行模擬,分析爆炸沖擊波產(chǎn)生、傳播、作用在試件迎爆面上以及試件發(fā)生響應(yīng)的全過程,通過對比有限元模型和試驗(yàn)中的試件變形形態(tài)、測點(diǎn)超壓時(shí)程曲線、沖量時(shí)程曲線、位移時(shí)程曲線等關(guān)鍵數(shù)據(jù),驗(yàn)證有限元模型參數(shù)以及材料參數(shù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)已驗(yàn)證的有限元模型參數(shù)和材料參數(shù),建立圓鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)邊柱、角柱節(jié)點(diǎn)的爆炸試驗(yàn)有限元模型,并提出一種適用于大規(guī)模結(jié)構(gòu)爆炸試驗(yàn)?zāi)M的“改良定義荷載曲線法”,即先采用直接模擬法計(jì)算得到所需研究的炸藥在爆轟時(shí)產(chǎn)生的超壓荷載時(shí)程曲線,然后把荷載曲線以均布荷載的形式施加于結(jié)構(gòu)迎爆面上,以達(dá)到計(jì)算精度和計(jì)算效率的平衡。使用該法對圓鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)邊柱、角柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗爆性能研究,分析節(jié)點(diǎn)的變形情況、關(guān)鍵點(diǎn)位移、加強(qiáng)環(huán)板應(yīng)力及梁柱應(yīng)力等數(shù)據(jù),研究節(jié)點(diǎn)在爆炸荷載作用下的破壞機(jī)理,并通過大量有限元模型的計(jì)算,分析比例距離、材料強(qiáng)度、鋼管壁厚、加強(qiáng)環(huán)板寬度和加強(qiáng)環(huán)板厚度對節(jié)點(diǎn)抗爆性能的影響。結(jié)果表明采用“改良定義荷載曲線法”能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng),圓鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)邊柱、角柱節(jié)點(diǎn)有較好的抗爆能力,在大當(dāng)量炸藥爆炸時(shí),框架梁對節(jié)點(diǎn)區(qū)域有很強(qiáng)的支撐作用,能有效限制節(jié)點(diǎn)區(qū)域的位移,爆炸中節(jié)點(diǎn)的薄弱部位出現(xiàn)在型鋼梁與加強(qiáng)環(huán)板連接的部位以及鋼管混凝土柱跨中。在相同工況下,外加強(qiáng)環(huán)角柱節(jié)點(diǎn)擁有比邊柱節(jié)點(diǎn)更優(yōu)的抗爆性能。同時(shí),參數(shù)分析顯示比例距離對節(jié)點(diǎn)破壞情況有顯著影響,比例距離越大,節(jié)點(diǎn)破壞情況越輕微,材料強(qiáng)度、鋼管壁厚、加強(qiáng)環(huán)板厚度和型鋼梁上下翼緣板厚度的增加均能在不同程度上增加節(jié)點(diǎn)的抗爆性能,而在用鋼量增量一定的前提下,增加鋼管厚度比增加加強(qiáng)環(huán)和型鋼梁上下翼緣板厚度更能增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的抗爆性能。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU398.9
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 選題背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼管混凝土構(gòu)件的抗爆抗沖擊性能研究
        1.2.2 鋼管混凝土構(gòu)件在爆炸作用下的數(shù)值模擬
        1.2.3 鋼管混凝土框架節(jié)點(diǎn)的性能研究
    1.3 本文的研究內(nèi)容和技術(shù)路線
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
第二章 炸藥爆炸和爆炸沖擊波
    2.1 爆炸基本現(xiàn)象
    2.2 爆炸沖擊波
        2.2.1 爆炸沖擊波在空氣中的傳播
        2.2.2 爆炸沖擊波的危害
        2.2.3 作用在建筑結(jié)構(gòu)上的爆炸荷載
    2.3 2號(hào)巖石乳化炸藥
        2.3.1 2號(hào)巖石乳化炸藥的爆轟性能
        2.3.2 炸藥爆轟產(chǎn)物的JWL狀態(tài)方程
    2.4 材料的應(yīng)變率強(qiáng)化
        2.4.1 鋼材的應(yīng)變率強(qiáng)化
        2.4.2 混凝土的應(yīng)變率強(qiáng)化
    2.5 本章小結(jié)
第三章 鋼管混凝土試件的爆炸全過程模擬
    3.1 數(shù)值模擬簡介
        3.1.1 ANSYS/LS-DYNA簡介
        3.1.2 ANSYS/LS-DYNA分析流程
        3.1.3 ANSYS/LS-DYNA的基本算法
        3.1.4 簡化積分單元和沙漏控制
        3.1.5 ANSYS/LS-DYNA對爆炸作用的模擬
    3.2 鋼管混凝土試件的爆炸全過程模型
        3.2.1 模擬工況
        3.2.2 單元類型
        3.2.3 有限元模型的建立
        3.2.4 材料模型
        3.2.5 網(wǎng)格劃分
        3.2.6 邊界條件
        3.2.7 定義接觸
    3.3 模擬結(jié)果分析
        3.3.1 爆炸沖擊波的傳播
        3.3.2 超壓時(shí)程曲線
        3.3.3 沖量時(shí)程曲線
        3.3.4 試件的變形情況
        3.3.5 試件的位移時(shí)程曲線
        3.3.6 誤差分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 鋼管混凝土外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)的爆炸試驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>    4.1 鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)模型的建立
        4.1.1 模擬工況
        4.1.2 模擬方法
        4.1.3 改良定義荷載曲線法的算例驗(yàn)證
        4.1.4 有限元模型的建立
        4.1.5 網(wǎng)格劃分
        4.1.6 爆炸荷載的施加
    4.2 鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)爆炸作用下的動(dòng)力響應(yīng)
        4.2.1 模型變形情況
        4.2.2 關(guān)鍵點(diǎn)位移
        4.2.3 加強(qiáng)環(huán)板應(yīng)力
        4.2.4 梁柱應(yīng)力
    4.3 影響鋼管混凝土框架外加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)抗爆性能的參數(shù)分析
        4.3.1 比例距離
        4.3.2 鋼材強(qiáng)度等級(jí)
        4.3.3 混凝土強(qiáng)度等級(jí)
        4.3.4 鋼管壁厚
        4.3.5 加強(qiáng)環(huán)板寬度
        4.3.6 加強(qiáng)環(huán)板厚度
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 隋偉寧;時(shí)慶澤;;圓鋼管柱-H型鋼梁外加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點(diǎn)性能有限元分析[J];土木建筑與環(huán)境工程;2015年S2期

2 孫宇;毛毳;杜欣新;;爆炸荷載作用下方鋼管混凝土柱的動(dòng)力響應(yīng)分析[J];天津城建大學(xué)學(xué)報(bào);2015年04期

3 程高;劉永健;俞文龍;龍剛;;方鋼管混凝土X型節(jié)點(diǎn)受拉力學(xué)性能的非線性有限元分析[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年03期

4 崔瑩;趙均海;張常光;孫珊珊;;爆炸沖擊波在鋼管混凝土柱表面壓力分布試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年12期

5 王偉;李玲;陳以一;嚴(yán)鵬;;圓鋼管柱-H形梁外環(huán)板式節(jié)點(diǎn)抗連續(xù)性倒塌性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年07期

6 牛操;盧永剛;陶俊林;;鋼管混凝土柱對爆炸沖擊波影響的數(shù)值模擬研究[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

7 王偉;李玲;陳以一;;方鋼管柱-H形梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)抗連續(xù)性倒塌性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年04期

8 張世春;趙遠(yuǎn)清;査曉雄;盧偉;;鋼管混凝土柱-混凝土梁外加強(qiáng)環(huán)搭接節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究及有限元分析[J];建筑結(jié)構(gòu);2014年04期

9 李國強(qiáng);瞿海雁;楊濤春;陸勇;陳素文;;鋼管混凝土柱抗爆性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2013年12期

10 隋偉寧;白雪;李幗昌;白利婷;;左右梁位置偏移的外加強(qiáng)環(huán)式鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)非線性有限元分析[J];工業(yè)建筑;2013年S1期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 孫珊珊;爆炸荷載下鋼管混凝土柱抗爆性能研究[D];長安大學(xué);2013年

2 師燕超;爆炸荷載作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為與損傷破壞機(jī)理[D];天津大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 李鵬;鋼管混凝土柱爆炸作用下試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型研究[D];廣州大學(xué);2016年

2 杜欣新;爆炸作用下鋼管混凝土柱的動(dòng)力響應(yīng)和破壞模式的數(shù)值模擬分析[D];天津城建大學(xué);2014年

3 何斌;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗爆炸沖擊荷載的特性研究[D];中北大學(xué);2012年

4 黃拓;爆炸沖擊荷載作用下鋼管混凝土柱性能研究[D];長安大學(xué);2012年

5 單建華;鋼管混凝土在沖擊荷載作用下實(shí)驗(yàn)研究和有限元分析[D];湖南大學(xué);2007年

6 張顯丕;乳化炸藥爆轟特性研究[D];安徽理工大學(xué);2006年

7 張晨;鋼管混凝土柱在沖擊荷載作用下的動(dòng)力分析[D];太原理工大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2845377