混凝土重力坝接触爆炸的响应及破坏特性分析

运用显式非线性动力分析程序LS-DYNA模拟正常蓄水位及空库条件下混凝土重力坝接触爆炸.考虑爆炸荷载作用下混凝土的高应变率的影响,采用HJC(HolmquistJohnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏及塑性变形的破坏特性.首先构建炸药-空气-水-混凝土试块模型并对其进行了模型验证.然后构建炸药-空气-库水-坝体-地基之间的动态全耦合模型,并对正常蓄水位与空库条件下TNT炸药接触爆炸的大坝动态响应及破坏特征进行了分析.研究结果表明:运用该方法研究混凝土重力坝水下接触爆炸引起的结构动力响应问题,具有稳定的可靠性,弥补了试验研究的不足.正常蓄水位下,在上游布置炸点对坝体的动力响应及损伤程度影响更大,因此在研究大坝抗爆性能时,应重点关注正常蓄水位条件下大坝上游侧炸点水下接触爆炸时大坝的破坏特性.     

浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析

水下爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多.通过构建高拱坝水下爆炸大型数值全耦合模型,考虑混凝土材料的高应变率效应,采用三维非线性有限元法对近水面水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了高拱坝在浅水爆炸冲击荷载作用下的动力响应、潜在破坏模式及失事机理,研究了爆心距及炸药量对大坝抗爆性能的影响.研究结果表明:拱坝由于其拱形受力特点,具有较高的承压能力;在常规小当量炸药爆炸冲击荷载作用下,坝体仅产生局部开裂破坏;当大当量高能炸药在库区浅水近场爆炸时,上游面坝顶中部发生严重压碎和剪切破坏并形成上下游贯穿的裂缝,且裂缝向坝体下部扩展至1/2坝高处,导致坝体产生严重破坏.     

内爆炸作用下地铁车站结构的动力响应与破坏分析

地铁车站环境封闭,一旦其内部发生意外或恐怖爆炸事件,结构会在爆炸波的冲击作用下产生强烈的动力响应和局部破坏.采用数值方法对地铁车站在背包炸弹等中小型爆炸装置产生的内部爆炸作用下的结构动态响应进行了分析,得到了梁、板、柱等主要受力构件的位移和应变等动力响应,同时分析了炸药量、构件配筋率以及土-结构相互作用等因素对结构主要受力构件响应的影响.研究表明:在内部爆炸作用下,地铁车站的站台板是结构中破坏最为严重的构件,临近柱和中板会产生开裂等轻微破坏;结构的动力响应随炸药量的增大而增大,随构件配筋率的增大而减小;土-结构相互作用对于距离爆源最近的梁、板、柱构件响应影响较小.     

不同横缝状态影响下混凝土重力坝抗爆性能研究

考虑混凝土重力坝横缝张开状态对大坝内冲击波传播的影响,基于FSI流固耦合数值分析方法模拟水下浅水爆炸冲击波的形成、传播及其与自由面、大坝结构之间的耦合相互作用过程,从混凝土重力坝的动态响应、渐进毁伤破坏过程及大坝损伤耗散能累积特性等方面,对比分析横缝状态对大坝综合抗爆性能的影响机制。结果表明,重力坝横缝张开范围对大坝抗爆性能有重要影响,且表现为加剧大坝动态响应、促进大坝混凝土毁伤破坏区域形成、增大坝体损伤耗能累积量的整体规律,明显削弱了大坝的抗爆性能。     

钢筋混凝土护面加固对重力坝地震反应影响

以钢筋混凝土护面加固的丰满重力坝为研究对象,采用基于ANSYS整体式钢筋混凝土有限元法,建立代表性溢流坝段三维模型分析大坝加固前后的静动力特性.结果表明:护面加固后坝顶最大静位移量减少约14%,地震载荷下最大动位移量减少约6%;加固后地震响应更趋向平缓,峰值响应的出现迟于加固前,对抗震是有利的,但坝体顶部正向地震响应会因护面加固后刚度和质量增加而增大;护面加固能够显著地改善坝体顶部和下游坝肩部位老混凝土的应力状态,但对坝体上游坝面和坝踵部位的应力状态基本没有影响.钢筋混凝土护面对坝体抗震能发挥一定作用,但应重视坝肩和坝顶增大的动力响应对护面抗震的不利影响.     

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为.研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为.结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应.在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击渡可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦舍破坏以及材料破坏行为.     

爆炸荷载作用下大坝破坏分析的数值模拟研究进展

对近年来爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应和破坏分析所采用的数值模拟方法的研究进展和发展趋势进行综述。重点总结现有计算爆炸力学数值方法进行大坝爆炸动力响应特征和破坏过程分析的研究成果,指出大坝爆炸响应分析是一个涉及炸药爆炸、爆炸冲击波形成和传播、冲击波或爆炸产物与坝体相互作用以及坝体结构动态响应的完整连续过程,同时总结了水库大坝环境中的爆炸荷载分类、特点及其对大坝结构的破坏效应。指出各种爆炸条件下大坝的爆炸模拟需要关注的不同问题,今后需要在目前研究基础上及时吸收计算力学的最新研究成果,发展高精度的数值计算方法和高效率的数值求解体系,实现大坝爆炸动力响应的全过程仿真模拟。     

爆炸荷载作用下浅埋综合管廊野外试验与弹性动力响应分析

为了研究管廊结构在爆炸荷载作用下的荷载分布规律、动力响应及破坏机理,评估管廊工程的防护潜力,获取管廊在爆炸荷载作用下的试验数据,设计并开展了管廊结构的抗爆试验.本文主要分析了在比例爆深为2.000,1.587,1.260 m/kg^1/3三种工况下管廊顶板中心处的动力响应.试验测得了三种工况下爆坑大小,以及顶板中心底部纵筋和箍筋及侧墙中心内侧箍筋应变时程曲线、加速度时程曲线、反射压力时程曲线和位移时程曲线.试验数据表明,顶板中心底部箍筋应变远大于纵筋,且振动使管廊产生的反复位移大小相当,建议管廊采用对称配筋、箍筋加密、混凝土保证抗压强度.通过常规武器效应计算软件CONWEP计算并验证了反射压力峰值的准确性,进一步得到了作用于管廊的总压力并将其简化为均布荷载,计算出弹性响应阶段顶板中心的最大位移,与实测位移进行比较,吻合较好.     

堆石坝坝顶通车三维动力响应分析

针对重庆市万州区天仙湖堆石坝坝顶通车问题,进行了坝体灌浆加固后坝顶车辆动力荷载作用下坝体的动力响应分析。研究了坝体在不同车重车辆动荷载作用下的动拉应力、动压应力、动剪应力,以及动荷载引起的永久变形的分布及变化规律;并根据坝体在车辆荷载作用下的动力响应,建立了车辆重量与动力响应之间的关系。认为在一定限制条件下,天仙湖拦沙坝混凝土面板堆石坝坝段坝顶通车是可行的。大坝动力响应随过车车重的增加而增强,灌浆区动主拉应力随车重的增加基本呈线性增长,根据拟合的动主拉应力与车重的线性关系,并结合灌浆条件的抗拉强度,得出过车的最大车重为4.13 t。     

爆炸冲击荷载作用下拱结构动力屈曲研究

用数值模拟方法,研究了爆炸冲击荷载作用下拱结构的动力屈曲问题,重点分析了拱结构矢跨比对其动力响应和动力屈曲的影响。结果表明:对于矢跨比大于0.1的拱结构,在弹性振动阶段,拱顶位移幅值数量最大,当出现塑性变形以后,结构最大位移点在约1/6拱跨处;当爆炸冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应,位移幅值-荷载幅值关系曲线出现2个拐点,第1个拐点对应的荷载可看作动力屈曲临界荷载,第2个拐点对应的荷载可看作动力失效荷载。当拱结构的矢跨比小于0.1时,结构发生动力屈曲以后不会出现反直观动力响应,动力屈曲临界荷载即动力失效荷载。当爆炸冲击持续时间一定时,拱结构矢跨比越小,动力屈曲临界荷载越小。