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空间网架结构在爆炸作用下的冲击荷载及泄爆措施

作　者: 刘颖
导　师: 高轩能
学　校: 华侨大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 空间网架结构冲击超压荷载本征正交分解法压力场分布超压计算公式泄爆
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大跨度空间网架结构具有造型美观、受力合理等优点，已大量地被应用于港仓、火车站、展览馆等大型公共民用建筑，由于人员活动聚集，易成为恐怖爆炸袭击的目标，因此研究空间网架结构在内爆炸下的冲击荷载及泄爆措施具有重要意义和实用价值。为了研究冲击荷载和泄爆措施，本文采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件先对自由空爆进行数值试验，得到可靠的计算模型和材料参数，然后进行空间网架结构在内爆炸下数值模拟计算，进而建立空间网架结构内部冲击波超压荷载几何模型。通过提取结构有限测点并进行本征正交分解，解决了结构内部的超压荷载时空不同步，研究了结构内部的冲击波传播和分布规律，拟合结构内部的冲击波超压实用计算公式。最后介绍贵州马场坪收费站爆炸的破坏情况，通过数值计算进行验证，提出适用于空间网架结构内爆炸作用下的泄爆措施。得出以下主要结论：（1）全封闭的空间网架结构形式在内爆炸下的顶盖处发生冲击波积聚现象，对墙体和屋面板开洞可大大降低冲击波超压峰值。（2）屋顶无阻挡时，增大结构高度、增大结构几何尺寸、增大爆炸点偏离结构跨度中心的距离、减小TNT当量可以有效减小结构内爆炸下的冲击波超压峰值。（3）用传统经验公式不能准确计算平板结构内部爆炸超压荷载，根据本文计算结果在结构内部一定范围内拟合的冲击波超压实用计算公式可供以后研究和工程计算提供数值参考依据。（4）在墙体和屋顶适当开设泄压口，对全封闭的平板结构具有良好的泄压效果。（5）采用“强结构弱围护”的设计措施，即屋面围护构件的设计相对主承重结构弱些，使四周无围护构件的空间网架结构在内爆炸作用下被掀开屋顶后不发生倒塌现象，具有良好的泄爆能力。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外建筑结构防爆和抗爆的研究现状  11-17
    1.2.1 理论研究  11-13
    1.2.2 试验研究  13-15
    1.2.3 数值模拟研究  15-16
    1.2.4 抗爆设计和泄爆技术措施  16-17
  1.3 本文主要研究内容和研究方法  17-20
    1.3.1 本课题组已做过的相关的研究  17-18
    1.3.2 本文主要研究内容  18-19
    1.3.3 本文研究方法  19-20
第2章空气冲击波  20-29
  2.1 冲击波对建筑结构的损伤及危害  20-21
    2.1.1 爆炸冲击波作用的特点  20-21
    2.1.2 爆炸冲击波对建筑结构的损伤作用  21
  2.2 爆炸相似律  21-23
    2.2.1 量纲分析  21-22
    2.2.2 Π定理  22-23
    2.2.3 相似律  23
  2.3 爆炸超压荷载经验公式  23-25
    2.3.1 冲击波超压ΔP_F  24
    2.3.2 超压作用时间 T_+  24-25
    2.3.3 冲击波超压的比冲量 i_＋  25
  2.4 空气冲击波数值模拟  25-29
    2.4.1 数值计算模型的建立  26-27
    2.4.2 数值计算结果与经验公式比较  27-29
第3章空间网架结构内爆下的压力场分布  29-57
  3.1 本征正交分解法  29-31
  3.2 空间网架结构内爆炸的计算模型  31-36
    3.2.1 数值计算模型的建立  31-32
    3.2.2 数值试验结果及其验证  32-36
  3.3 试验结果分析  36-56
    3.3.1 结构围护材料对压力场分布的影响  36-45
    3.3.2 结构高度对压力场分布的影响  45-47
    3.3.3 结构几何尺寸对压力场分布的影响  47-50
    3.3.4 爆炸点位置对压力场分布的影响  50-54
    3.3.5 TNT 当量对压力场分布的影响  54-56
  3.4 小结  56-57
第4章空间网架结构冲击波超压实用计算方法  57-66
  4.1 结构内部的冲击波超压计算  57-59
    4.1.1 超压荷载几何模型的建立  57-58
    4.1.2 超压ΔPF分布规律  58-59
  4.2 结构内部冲击波超压实用计算公式  59-63
    4.2.1 爆炸超压荷载的规则分布区  59-61
    4.2.2 爆炸冲击波超压计算公式  61-63
  4.3 不同结构跨度内部超压计算公式  63-65
    4.3.1 跨度 40M×40M  63-64
    4.3.2 跨度 60M×60M  64-65
  4.4 小结  65-66
第5章马场坪收费站爆炸数值分析及泄爆措施研究  66-77
  5.1 贵州福泉马场坪收费站爆炸事故概要  66-69
    5.1.1 爆炸成因及后果  66-67
    5.1.2 爆炸冲击波对空间网架结构的破坏  67-68
    5.1.3 爆炸冲击波对周围房屋和交通工具的破坏  68-69
  5.2 数值模拟及分析  69-74
    5.2.1 计算模型的建立  69
    5.2.2 破坏过程的数值模拟  69-71
    5.2.3 结构破坏原因分析  71-74
    5.2.4 模拟结果讨论  74
  5.3 空间网架结构的泄爆措施  74-76
    5.3.1 泄压口位置的影响  75
    5.3.2 泄压面积的影响  75
    5.3.3 泄放压力的影响  75-76
  5.4 小结  76-77
第6章结论与展望  77-80
  6.1 本文的研究结论  77-78
    6.1.1 结构表面的冲击超压荷载方面  77-78
    6.1.2 结构内部的冲击超压荷载方面  78
    6.1.3 泄爆措施方面  78
  6.2 今后研究的建议及展望  78-80
参考文献  80-86
致谢  86

空间网架结构在爆炸作用下的冲击荷载及泄爆措施

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