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爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

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建筑结构学报 2008年第4期29卷 112-117页

作者：师燕超李忠献天津大学建筑工程学院天津300072

在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土构件和结构的动力响应较之地震荷载和静态荷载作用下要复杂得多。运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型,该模型对钢筋混凝土采用分离式建模,并且考虑了材料的应变率... 详细信息

在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土构件和结构的动力响应较之地震荷载和静态荷载作用下要复杂得多。运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型,该模型对钢筋混凝土采用分离式建模,并且考虑了材料的应变率效应和钢筋与混凝土间的粘结滑移。在该有限元模型的基础上,通过对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱动态响应的数值模拟,研究了钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下可能的破坏模式及其规律。同时,运用参数化分析方法,研究了截面惯性矩、混凝土轴心抗压强度、纵筋配筋率和配箍率等参数对钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动态响应的影响,在数值模拟结果的基础上,分析提出了钢筋混凝土柱抗爆设计时应当注意的问题。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土柱的破坏模式不仅和自身的特性有关,还取决于爆炸荷载的类型。提高柱截面惯性矩和混凝土轴心抗压强度,能够显著降低钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的柱中水平位移,从而提高其抗爆性能。增加配箍率也能显著提高钢筋混凝土柱的抗爆性能。

关键词：钢筋混凝土柱爆炸荷载有限元分析参数分析动力响应破坏模式

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爆炸荷载作用下钢筋混凝土板破坏评定方法

建筑结构学报 2009年第6期30卷 60-66页

作者：李忠献师燕超史祥生天津大学建筑工程学院

压力-冲量(P-I)曲线是结构构件在爆炸荷载作用下的初始设计及在爆炸荷载作用后的破坏评定的有效工具。目前,确定结构构件的P-I曲线采用的方法均是基于单自由度结构体系假定的,并且多以结构构件的中点位移作为破坏指标。然而在爆炸荷载... 详细信息

压力-冲量(P-I)曲线是结构构件在爆炸荷载作用下的初始设计及在爆炸荷载作用后的破坏评定的有效工具。目前,确定结构构件的P-I曲线采用的方法均是基于单自由度结构体系假定的,并且多以结构构件的中点位移作为破坏指标。然而在爆炸荷载作用下,结构构件大多因高阶响应而发生局部破坏,且可能发生弯剪破坏。因此,通过将结构构件简化为单自由度体系模型并且选择结构构件中点位移为单一破坏指标获得的结构构件的P-I曲线,不能准确评定其破坏程度。利用LS-DYNA有限元动力分析软件,建立了典型钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下响应和破坏的分析方法,提出了基于钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的破坏指标以及利用数值方法确定钢筋混凝土板跨中截面受弯剩余承载力的步骤。同时,综合分析数值模拟结果,拟合了钢筋混凝土板P-I曲线的数学表达式,提出了一种简化了的确定钢筋混凝土板P-I曲线的方法,采用该方法确定的P-I曲线可用来对任意爆炸荷载作用后钢筋混凝土板的破坏进行评定。

关键词：钢筋混凝土板爆炸荷载有限元分析破坏指标破坏评定压力-冲量(P-I)曲线

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室内爆炸与火灾联合作用下约束钢柱损伤评估

振动与冲击 2017年第5期36卷 79-86页

作者：丁阳陈晔师燕超天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

结构体系提供的约束刚度和附加质量会显著影响钢柱在爆炸下的动力响应,同时火灾下结构对热膨胀的约束会导致钢柱内产生附加轴力,受力特性与无约束柱明显不同。采用引入损伤的Johnson-Cock强度模型分析了约束钢柱在室内爆炸荷载作用下的... 详细信息

结构体系提供的约束刚度和附加质量会显著影响钢柱在爆炸下的动力响应,同时火灾下结构对热膨胀的约束会导致钢柱内产生附加轴力,受力特性与无约束柱明显不同。采用引入损伤的Johnson-Cock强度模型分析了约束钢柱在室内爆炸荷载作用下的损伤情况,建立了评估约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下破坏情况的压力-冲量-时间曲面图及表达式。为了说明结构约束的影响,将计算结果与无约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间进行对比,并进一步分析了超压时程曲线形状、约束刚度及钢柱几何尺寸对P-I-t曲面图的影响。结果表明,当爆炸荷载强度较小时,约束钢柱的破坏时间早于无约束钢柱,当爆炸荷载强度较大时,约束钢柱的破坏时间晚于无约束钢柱;超压时程曲线形状参数越大,约束钢柱在爆炸作用下越易破坏;约束刚度对钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间基本无影响;当爆炸损伤较小时,钢柱壁厚对破坏时间影响很小,当爆炸损伤较大时,钢柱壁厚度越大,钢柱越易破坏,但在压力-冲量-时间空间中,仍为壁厚越小、柱高越高的钢柱越易破坏。

关键词：爆炸火灾约束钢柱损伤评估参数分析

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室内爆炸超压荷载简化模型

工程力学 2015年第3期32卷 119-125,133页

作者：丁阳陈晔师燕超天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面... 详细信息

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。

关键词：室内爆炸荷载简化模型区域划分爆源高度房间尺寸

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防恐建筑结构抗爆防护分类设防标准研究

建筑结构学报 2013年第4期34卷 57-64页

作者：丁阳方磊李忠献师燕超天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

针对我国尚未制订建筑结构抗爆防护设防标准,制约建筑结构抗爆设计工程应用的现状,研究了适合我国国情的建筑结构抗爆防护分类设防标准。对已发生典型爆炸袭击事件的规模进行了统计分析,确定了建筑结构的抗爆设防烈度;总结爆炸作用下建... 详细信息

针对我国尚未制订建筑结构抗爆防护设防标准,制约建筑结构抗爆设计工程应用的现状,研究了适合我国国情的建筑结构抗爆防护分类设防标准。对已发生典型爆炸袭击事件的规模进行了统计分析,确定了建筑结构的抗爆设防烈度;总结爆炸作用下建筑结构破坏特点,确定了建筑结构抗爆防护目标;基于抗爆设防烈度和抗爆防护目标,提出了建筑结构的抗爆防护等级。将建筑结构进行类别划分,确定了不同类别建筑结构的抗爆重要性等级;考虑主要影响因素,确定了建筑结构的爆炸易损性等级;采用风险分析的方法提出了建筑结构的爆炸风险等级。依据抗爆防护等级和爆炸风险等级,建立了建筑结构的抗爆设防标准。基于建筑结构抗爆重要性等级,提出了建筑结构的抗爆设防类别,进而建立了建筑结构的抗爆分类设防标准。

关键词：防恐建筑结构抗爆防护等级抗爆设防烈度重要性等级爆炸风险等级抗爆分类设防标准

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不确定爆炸荷载作用下钢梁的可靠度分析

工程力学 2014年第4期31卷 112-118,133页

作者：李忠献路建辉师燕超丁阳天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

通过对已有爆炸荷载预测公式、计算图表和试验的海量数据的统计分析,建立了作用于建筑结构上爆炸荷载的统计模型;以典型钢梁为研究对象,考虑材料强度和构件尺寸的不确定性,基于单自由度体系理论和蒙特卡洛方法,建立了不确定爆炸荷载作... 详细信息

通过对已有爆炸荷载预测公式、计算图表和试验的海量数据的统计分析,建立了作用于建筑结构上爆炸荷载的统计模型;以典型钢梁为研究对象,考虑材料强度和构件尺寸的不确定性,基于单自由度体系理论和蒙特卡洛方法,建立了不确定爆炸荷载作用下钢梁失效概率的计算方法,并开发了实用计算程序;分析了炸药质量以及爆炸荷载和结构材料属性的不确定性等对钢梁失效概率的影响。研究表明:炸药质量和比例距离是影响爆炸荷载作用下钢梁失效概率的重要因素,在建筑结构抗爆分析中,必须考虑爆炸荷载的不确定性。

关键词：爆炸荷载不确定性统计模型钢梁可靠度分析失效概率

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城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载

工程力学 2009年第6期26卷 178-183页

作者：李忠献师燕超周浩璋田力天津大学建筑工程学院

该文利用LS-DYNA软件,采用ALE方法,对城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载进行了数值模拟和分析。通过对两建筑物模型中爆炸波传播的数值模拟及其与单建筑物模型的对比分析,结果表明两建筑物模型中爆炸波由于在两建筑物之间多次... 详细信息

该文利用LS-DYNA软件,采用ALE方法,对城市复杂环境中爆炸波的传播规律与超压荷载进行了数值模拟和分析。通过对两建筑物模型中爆炸波传播的数值模拟及其与单建筑物模型的对比分析,结果表明两建筑物模型中爆炸波由于在两建筑物之间多次反射而被增强,因此在计算建筑物所受到的爆炸波超压荷载时必须考虑相邻建筑物的影响。通过对一典型T型街道中爆炸波传播的数值模拟及其与简单环境的对比分析,结果表明在城市街道中爆炸波受到地面和周边建筑物的多次反射而增强,且在一定高宽比范围内,街道越窄、周边建筑物越高,爆炸波超压荷载的增大系数越大,因此在分析城市复杂环境中爆炸波的传播规律和超压荷载时必须考虑周边建筑物的影响。从而为制定城市大型及重要建筑的防爆措施提供依据。

关键词：城市复杂环境爆炸波传播规律超压荷载 ALE方法

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爆炸作用下RC柱损伤快速评估模型

天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2014年第11期47卷 973-978页

作者：李忠献钟波师燕超滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)

基于BP神经网络,以7个结构参数和2个荷载参数作为输入,损伤值作为输出,建立了爆炸作用下钢筋混凝土(RC)柱损伤的快速评估模型.在模型中,采用以精细化有限元模拟得到的1,032组RC柱损伤的数据训练网络,采用遗传算法和粒子群算法优化网络... 详细信息

基于BP神经网络,以7个结构参数和2个荷载参数作为输入,损伤值作为输出,建立了爆炸作用下钢筋混凝土(RC)柱损伤的快速评估模型.在模型中,采用以精细化有限元模拟得到的1,032组RC柱损伤的数据训练网络,采用遗传算法和粒子群算法优化网络的初始权值和阈值,并以216个新损伤样本对模型的预测能力进行测试.研究表明,所建立的评估模型能够较准确地用于爆炸作用下RC柱损伤的快速评估;所得到的损伤分区图可以有效并直观地用于RC柱的爆炸风险评估.

关键词：爆炸作用钢筋混凝土柱损伤评估风险评估 BP神经网络

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

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建筑结构学报 2019年第10期40卷 8-16页

作者：师燕超张浩李忠献天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式,主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏,对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少,尤其缺少快速准确的抗爆分... 详细信息

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式,主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏,对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少,尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论,改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法,提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则,给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏,提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法,并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式,并计算其动态响应。通过有限元软件LSDYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式,与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比,验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。

关键词：钢筋混凝土梁爆炸荷载等效单自由度法抗爆分析破坏模式破坏准则