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近几十年来,恐怖爆炸活动已成为危害国家安全和社会稳定的一个重要因素。在爆炸荷载作用下很多结构都出现了破坏甚至倒塌,如何提高重要建筑结构的抗爆性能已成为结构工程师必须考虑的问题。本文针对爆炸冲击波的传播规律和钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟分析。
1.运用有限元显式动力分析软件LS—DYNA建立了三维炸药和空气模型,采用分离式方法建立钢筋混凝土构件的有限元模型,接着对炸药爆炸后爆炸冲击波与钢筋混凝土构件的互相作用进行数值模拟。并将有限元结果与试验结果进行对比,验证了有限元方法及参数选择的有效性。
2.结构构件在爆炸荷载作用下的受力与整体结构关系不大,只与受力构件周围的结构构件有关。本文针对爆炸荷载作用下框架柱的动力响应模拟,提出一种新的简化计算模型。相对于两端固接的简化模型,新模型考虑了柱周围构件的约束作用,分析结果有明显改善,具有较高的计算精度。
3.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,研究了其在爆炸荷载作用下可能的破坏模式及其规律。同时对炸药当量、爆炸距离、周围构件尺寸、混凝土轴心抗压强度、纵筋配筋率、配箍率、轴压比等对钢筋混凝土柱抗爆性能的影响做了分析比较。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;增大柱周围构件的尺寸可以提高节点强度,降低结构发生倒塌的可能性;提高混凝土轴心抗压强度、增加配箍率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。