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框架结构建筑物爆破拆除失稳倒塌分析及计算机模拟

作　者: 彭韬宇
导　师: 蒋昭镳
学　校: 宁波大学
专　业: 工程力学
关键词: 框架结构爆破拆除倒塌 ANSYS/LS-DYNA 计算机模拟
分类号: TU746.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

爆破拆除作为一种特殊的拆除方法,被广泛应用于城市建筑物拆除工程中。随着城市改造中需要拆除的建筑物越来越多,拆除高度及难度也越来越大,国内外近几年出现了多起不成功的案例,主要原因是爆破过程中各爆破参数的确定常以经验公式为基础,基于建筑物结构特征的拆除原理研究不够深入,理论的发展明显落后于实践,因此对建筑物的拆除爆破进行研究是非常有必要的。本文结合爆破拆除的倒塌模式,主要对框架结构建筑物爆破拆除的失稳倒塌进行力学分析,基于有限元方法用ANSYS/LS-DYNA对建筑物倒塌过程进行计算机模拟。(1)介绍框架结构建筑物的类型和承重结构的传力体系,结构的横向体系和纵向体系互相支撑,大大提高了各自的刚度和承载能力。根据框架结构爆破拆除的不同特点,结合具体的案例,对框架结构建筑物爆破拆除的倒塌模式进行重新分类,并研究结构的的失稳条件,建立框架结构建筑物爆破拆除的力学模型。(2)结合常见的爆破拆除倒塌模式,运用动力学方程对建筑物倒塌过程进行分析。分别研究单跨框架建筑物倾倒、多跨框架建筑物水平逐段解体倾倒和框架建筑物定向倾倒,总结出倒塌过程近似的解析解。(3)介绍了应用ANSYS/LS-DYNA进行框架结构建筑物爆破拆除倒塌过程模拟的方法和步骤。首次采用实体单元(SOLID164)建立框架结构模型,针对框架结构建筑物的结构特点,用程序前处理中的overlap处理梁、柱节点。用关键字*LOAD_BODY_GENERALIZED模拟施加重力,用关键字*MAT_ADD_EROSION定义材料的失效来模拟爆破切口的形成,并解释模拟过程常需添加或修改的关键字文件。(4)结合具体的例子用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟框架结构的倒塌过程,与实际的工程资料进行比较研究,仿真分析的结果达到了论文的预期效果。并对不同爆破方案下框架结构的倒塌形式以及影响到仿真效果的因素进行比较分析,模拟分析结果表明,在不改变其它参数的条件下,爆破切口高度和切口间爆破延期时间的不同,对爆堆高度、最远点距离和倒塌时间都有一定影响。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 研究背景和意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 本文的主要工作  14-17
2 框架结构建筑物的结构特征及构件承载力计算  17-29
  2.1 框架结构的分类  17-18
    2.1.1 横向承重框架  17
    2.1.2 纵向承重框架  17
    2.1.3 纵横向混合承重框架  17-18
  2.2 框架的计算简图  18-19
  2.3 框架结构的受力特点  19-21
    2.3.1 竖向荷载作用下的内力  19-20
    2.3.2 水平荷载作用下的内力  20-21
  2.4 框架节点构造  21-23
    2.4.1 梁板柱框架节点浆锚法  21-22
    2.4.2 板柱框架节点锚浆法  22-23
  2.5 钢筋混凝土承载力计算  23-28
    2.5.1 受压构件承载力计算  23-27
    2.5.2 受拉构件承载力计算  27-28
  2.6 本章小结  28-29
3 框架结构建筑物爆破拆除倒塌模式和失稳条件的分析  29-39
  3.1 框架结构建筑物爆破拆除的倒塌模式  29-32
    3.1.1 原地坍塌  29-30
    3.1.2 定向倾倒  30
    3.1.3 单向折叠坍塌  30-31
    3.1.4 双向交替折叠坍塌  31
    3.1.5 内向折叠坍塌  31-32
    3.1.6 水平向逐段解体  32
  3.2 框架结构爆破拆除失稳断裂条件的分析  32-38
    3.2.1 单自由度结构体系的运动稳定性  32-35
    3.2.2 多自由度体系的运动稳定性分析  35-36
    3.2.3 多自由度结构体系的静力稳定性  36-37
    3.2.4 结构承载力极限与稳定性的关系  37-38
  3.3 本章小结  38-39
4 框架结构建筑物倒塌过程的动力学分析  39-51
  4.1 单跨框架结构建筑物的倾倒  39-42
  4.2 多跨框架结构建筑物的水平逐段解体倾倒  42-44
  4.3 框架定向倾倒  44-49
  4.4 本章小结  49-51
5 框架结构爆破拆除有限元分析在ANSYS/LS-DYNA 中的实现  51-65
  5.1 ANSYS/LS-DYNA 分析过程  51-54
    5.1.1 前处理  51-52
    5.1.2 求解  52-53
    5.1.3 修改K 文件  53
    5.1.4 递交LS-DYNA 程序求解  53
    5.1.5 LS-PREPOST 对计算结果进行分析  53
    5.1.6 ANSYS/LS-DYNA 分析流程图  53-54
  5.2 材料模型  54-55
  5.3 三维SOLID 单元的基本显式算法  55-59
    5.3.1 基本方程和控制条件  55-56
    5.3.2 有限元空间离散  56-58
    5.3.3 显式时间积分与时步控制  58-59
  5.4 接触  59-61
    5.4.1 接触算法  59-60
    5.4.2 接触的定义  60-61
  5.5 本文经常用到LS-DYNA 关键字简介  61-63
  5.6 本章小结  63-65
6 工程实例验证  65-85
  6.1 合肥维也纳森林公园高层公寓爆破拆除方案计算机模拟  65-71
    6.1.1 工程概况  65-66
    6.1.2 拆除爆破总体方案  66
    6.1.3 数值模型的建立  66-67
    6.1.4 倒塌效果模拟对比  67-70
    6.1.5 结果分析  70-71
  6.2 武汉外滩花园爆破工程方案计算机模拟  71-78
    6.2.1 工程概况  71
    6.2.2 拆除爆破总体方案  71-72
    6.2.3 数值模型的建立  72-73
    6.2.4 倒塌效果模拟对比  73-75
    6.2.5 结果分析  75-78
  6.3 广州恒运电厂拆除爆破方案计算机模拟  78-83
    6.3.1 工程概况  78
    6.3.2 拆除爆破总体方案  78-79
    6.3.3 数值模型的建立  79
    6.3.4 倒塌效果模拟  79-81
    6.3.5 结果分析  81-83
  6.4 本章小结  83-85
7 总结与展望  85-87
参考文献  87-91
在学研究成果  91-93
致谢  93

框架结构建筑物爆破拆除失稳倒塌分析及计算机模拟

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