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钢筋混凝土承重柱在爆炸冲击荷载作用下的动力分析

作　者: 吴振涛
导　师: 喻泽红
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 爆炸冲击荷载钢筋混凝土承重柱抗爆性能 ANSYS/LS-DYNA
分类号: TU352.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 158次
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内容摘要

在当前社会,和平和发展是世界两大主流,但恐怖主义活动依然猖獗,针对各种工业、民用建筑的恐怖爆炸袭击时有发生,危害了公民的生命和财产安全,造成了极坏的社会影响,因此怎样提高钢筋混凝土结构的抗爆性能渐渐成为国内外学者研究的热点。对于一般的钢筋混凝土结构,从力学分析和安全性的角度来看,承重柱是最为重要的构件,它承受了楼层与楼层之间力的传递,连接了整体结构与基础,对钢筋混凝土结构的稳定性和安全性至关重要。一旦承重柱受到爆炸冲击荷载作用发生损伤破坏,必然会导致整体框架结构发生局部破坏,甚者,会出现连续性倒塌。文章采用理论分析和数值模拟相结合的方法,以某国驻华领事馆签证事务大楼的框架结构为依托,对钢筋混凝土承重柱在爆炸冲击荷载作用下的损伤破坏进行分析。文章介绍了爆炸和炸药的基本知识,在质量守恒、动量守恒和能量守恒三大爆炸力学基本定律的基础上,对爆炸的作用原理进行了详细叙述,包括爆炸波理论,爆炸相似定律,冲击波阵面的参数计算,爆炸冲击波对钢筋混凝土结构的破坏作用等；考虑到爆炸冲击荷载的强度大、时间短的特点,介绍了应变率对钢筋和混凝土材料性能的影响；利用ANSYS/LS-DYNA大型有限元分析软件,选择典型的钢筋混凝土承重柱进行数值模拟,其中包括模型的简化分析,单元的选择,材料模型的选择,网格划分尺寸控制,边界条件的确定,爆炸冲击荷载的计算和加载等,并对其数值模拟的结果进行分析,得出不同位置节点和单元的应力曲线、应变曲线,位移曲线,并用中截面的横向位移与国内学者实验数据进行对比分析,保证数值模拟结果的准确性；文章的最后一部分,分析了折合距离,纵筋配筋率,箍筋间距,端部约束等因素对钢筋混凝土承重柱抗爆性能的影响,并得出相应的结论。文章对爆炸冲击荷载作用下的钢筋混凝土承重柱的动力响应进行了理论分析和数值模拟,并初步得到了一些结论和成果,希望能为以后钢筋混凝土结构抗爆性能的设计和研究提供一定的帮助。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题来源背景  8-10
  1.2 国内外相关研究现状和水平  10-15
    1.2.1 爆炸及其作用原理的研究  11-12
    1.2.2 结构抗爆性能的历史研究和最新进展  12-15
  1.3 文章研究的内容和方法  15-16
第二章爆炸理论和材料动态本构关系  16-37
  2.1 爆炸、炸药及其研究的问题  16-19
    2.1.1 爆炸现象  16-17
    2.1.2 炸药  17-18
    2.1.3 爆炸所研究的问题  18-19
  2.2 空气中的爆炸理论及应用  19-33
    2.2.1 爆炸波理论  19-21
    2.2.2 爆炸的相似定律  21-24
    2.2.3 冲击波阵面参数计算  24-30
    2.2.4 冲击波钢筋混凝土构件上的反射  30-31
    2.2.5 爆炸冲击波对钢筋混凝土构件破坏作用  31-33
  2.3 材料的动力性能  33-37
    2.3.1 钢材动力性能  33-35
    2.3.2 混凝土动力性能  35-37
第三章典型钢筋混凝土柱数值模拟过程  37-49
  3.1 引言  37
  3.2 工程结构概况  37-38
  3.3 抗爆分析软件ANSYS/LS-DYNA简介  38-41
    3.3.1 LS-DYNA发展过程、分析功能和应有范围  38-40
    3.3.2 Ansys/LS-DYNA分析过程  40
    3.3.3 ANSYS/LS-DYNA常用算法  40-41
  3.4 典型钢筋混凝土柱有限元模型建立  41-49
    3.4.1 模型分析  42
    3.4.2 单元类型的选择  42-44
    3.4.3 材料模型的选择  44-47
    3.4.4 划分网格  47
    3.4.5 边界条件  47-48
    3.4.6 爆炸冲击荷载及作用时间的确定  48-49
第四章典型钢筋混凝土柱数值模拟结果分析  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 整体变形的理论分析及位移验证  49-52
    4.2.1 整体变形的分析  49-51
    4.2.2 中截面位移验证  51-52
  4.3 支座处节点单元动力分析  52-54
  4.4 中截面节点单元动力分析  54-57
  4.5 柱整体应力分析  57-58
  4.6 柱顶部节点沉降分析  58-59
第五章钢筋混凝土承重柱抗爆性能影响因素分析  59-71
  5.1 引言  59
  5.2 折合距离的影响  59-63
    5.2.1 折合距离相关计算  59-60
    5.2.2 数值模拟结果对照及分析  60-62
    5.2.3 折合距离对柱体抗爆性影响的结论  62-63
  5.3 纵筋配筋率的影响  63-66
    5.3.1 纵筋布置  63-64
    5.3.2 数值模拟结果对照  64-66
    5.3.3 纵筋配筋率对柱体抗爆性影响的结论  66
  5.4 箍筋间距的影响  66-68
    5.4.1 箍筋布置  66-67
    5.4.2 数值模拟结果对照及分析  67-68
    5.4.3 箍筋间距对抗爆性影响的结论  68
  5.5 顶部约束的影响  68-71
    5.5.1 顶部约束说明  68
    5.5.2 数值模拟结果对照  68-70
    5.5.3 端部约束对抗爆性影响的结论  70-71
第六章结论及展望  71-73
  6.1 论文结论  71-72
  6.2 研究的不足及展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77

钢筋混凝土承重柱在爆炸冲击荷载作用下的动力分析

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