爆炸荷载下钢筋混凝土分体柱动态响应及破坏机理研究

作     者：孙程颐 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：师燕超;窦玉斌

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：爆炸荷载 分体柱 抗爆性能 隔板厚度 隔板材料 过渡体 分体柱类型 

摘      要：近年来,世界上恐怖袭击事件及意外爆炸事故频发,爆炸事故不仅会造成大量的人员伤亡、巨大的经济损失,同时会产生恶劣的社会影响。钢筋混凝土柱在受到爆炸荷载作用时会发生严重的破坏,然而现在在对钢筋混凝土柱进行设计时,往往不考虑爆炸荷载。对于重要建筑物,应该考虑采取提高其抗爆性能的设计。分体柱作为一种新型柱,隔板材料可以有效吸收爆炸冲击能量,同时阻碍爆炸波的传播,在抗爆性能方面有一定的优越性,有必要对其抗爆性能进行深入的研究。本文以钢筋混凝土分体柱为研究对象,使用显式动力分析软件LS-DYNA,对爆炸荷载下分体柱及普通柱的位移响应、能量变化、破坏程度进行数值模拟对比分析,探究分体柱破坏模式及减爆机理,并研究关键因素对分体柱抗爆性能的影响,主要研究内容如下:(1)在保持分体柱及普通柱静载能力相同的基础上,对爆炸荷载下分体柱及普通柱的动态响应进行数值模拟对比分析,分体柱的抗爆性能优于普通柱。在远距离爆炸下,分体柱及普通柱破坏模式均为弯剪破坏;在近距离爆炸下,分体柱及普通柱破坏模式均为局部破坏。(2)探究了分体柱的减爆机理,在远距离爆炸作用下,由于隔板对爆炸波的阻碍作用,压应力波被反射为拉应力波,降低了分体柱迎爆面的塑性损伤面积;在近距离爆炸下,由于隔板的耗能作用,分体柱背爆面的塑性损伤面积小于普通柱。(3)对分体柱进行参数化分析,探究关键因素对分体柱抗爆性能的影响规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,隔板材料为泡沫铝,隔板增加钢板防护均能显著提高分体柱抗爆性能;过渡体对分体柱抗爆性能影响较小。随着隔板厚度的增大,在远距离爆炸下分体柱峰值位移增大,破坏程度降低;在近距离爆炸下分体柱的破坏程度增大。对于三种分体柱类型,在远距离爆炸下,侧对隔板分体柱峰值位移最小,正对隔板分体柱破坏程度最小,但当TNT当量过小或过大时,侧对隔板分体柱破坏程度最小;在近距离爆炸下,当TNT当量较小时,十字隔板分体柱破坏程度最小,当TNT当量较大时,正对隔板分体柱破坏程度最小。