土中浅埋地下拱结构化爆动载的确定方法

为了研究化爆作用下地下拱结构表面荷载分布的规律,简述了目前化爆条件下结构上荷载均布化的3种方法,提出了适用于地下拱结构抗爆设计的荷载分布假设,即拱结构横截面上荷载呈三角形分布,且纵向荷载均布。通过有限元数值模拟,比较分析了4种工况动载峰值荷载作用下拱结构在弹性阶段、塑性阶段的受力状况和结构响应,并与动荷载作用下的结构响应进行对比分析。结果表明,相较于化爆条件下拱结构所受圆锥状荷载,把化爆条件下拱结构所受荷载假设为横截面上三角形分布、沿纵向均匀分布时,拱结构响应相似;按荷载总集度相等原则提出的荷载简化方法仍偏于保守,可以作为一种用于工程设计的简化计算方法。     

爆炸作用下土中竖井结构荷载分布规律

为研究爆炸作用下非饱和黏土中竖井上荷载分布规律，开展了8组土中竖井受侧向爆炸作用模型试验及24组数值模拟计算。通过对比数值模拟与试验结果，验证了数值模拟计算合理性。根据试验及数值模拟计算结果，分析了竖井上荷载的时空分布规律，提出了能够合理描述荷载轴向、环向空间分布的预测公式。结果表明：(1) 荷载轴向上是钟形分布，并且随着装药距离的增加分布越发均匀，且可以认为荷载在一定轴向范围内是同时达到的；(2) 荷载环向呈现明显的时空不均匀性，侧压系数和背压系数都随着装药距离与结构直径比值的增大而增大；(3) 分别采用修正的正态分布曲线和三角函数曲线描述荷载的轴向和环向分布是合理的。预测公式可以用于竖井结构抗爆分析。     

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。     

基于等效单自由度方法非均布爆炸荷载作用下单向钢筋混凝土结构的动态剪切力分析

设计钢筋混凝土结构的一个重要考虑因素是当遭受爆炸荷载作用时,确保结构具有足够的荷载承载能力,因而分析不同爆炸载荷作用下结构的动态剪切力十分重要.基于一种介绍钢筋混凝土结构动态剪切力历史的静态模型,提出了一种有效公式计算剪切单自由度方法中单向钢筋混凝土结构在非均布爆炸载荷作用下的动态剪切力,该动态剪切力为动态抗力函数和动态荷载之间的关系,基于两个相互耦合的等效SDOF系统,并且考虑可靠的材料模型和连续模型,能够同时分析弯曲和剪切模式的动态响应.     

侧向点爆炸作用下浅埋圆拱结构塑性破坏规律

考虑近场侧向爆炸时荷载的非对称性、不均匀性和局部性,利用几何关系推导侧向爆炸时结构表面荷载的解析式.针对不同的结构截面受力模式,利用轴力和弯矩共同作用下的截面塑性破坏准则,并基于四铰破坏机制,提出浅埋圆拱结构塑性破坏简化计算方法.基于Matlab软件,判断圆拱结构塑性破坏时截面的受力模式,并确定结构塑性铰分布.结果表明:在2个拱脚附近、荷载峰值作用处,以及背爆面一侧拱肩位置产生塑性铰;在爆炸偏角较小时,塑性铰先出现于背爆面的拱脚和爆源投影点位置;随着爆炸偏角的增大,第1个塑性铰出现于迎爆面的拱脚位置.在实际工程中,大偏压是较为理想的破坏模式.     

爆炸荷载作用下城市桥梁动态响应及其损伤过程分析

为了对人流、车流密集的城市市政桥梁进行合理的抗爆设计和爆炸风险评估,提出了爆炸荷载作用下城市桥梁动态响应与损伤过程分析的数值方法.首先,通过对城市桥梁爆炸风险源的分析,确定城市桥梁可能遭遇的爆炸源类型及爆炸荷载工况.然后,基于大型通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立桥梁、炸药和空气三者的有限元模型,分别选择JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程与线性多项式状态方程对炸药和空气模型进行定义,选用ALE(arbitrary Lagrange-Euler)算法模拟爆炸冲击波在空气中的传播;通过改变炸药的安放位置和质量,得到爆炸荷载作用下桥梁关键部位的位移响应、Von-Mises应力分布和整个桥梁的破坏形态,并模拟爆炸后桥梁的损伤过程;以Tuler-Butcher损伤累积准则为依据,求得某些指定单元在不同爆炸距离和不同TNT当量下的损伤累积曲线.最后,以一座大型钢桁架拱桥为例说明本文提出的方法的计算过程,其计算结果可作为桥梁抗爆设计和爆炸风险评估的依据.     

爆炸荷载作用下大跨度动被覆结构荷载分布规律

为了研究常规武器爆炸作用下大跨度被覆结构的荷载分布规律,首先通过现有经验公式的计算对比,指出了现有公式的适用范围和局限性;其次利用岩(土)中地冲击经验公式,计算得到了不同跨度和不同爆距时环向各点自由场应力的分布规律和峰值应力包络图,并将部分计算结果与数值模拟进行对比,规律基本一致;最后将拱结构环向各点自由场径向峰值应力...     

爆炸荷载下高层钢筋混凝土结构连续倒塌机制与模式研究

高层建筑结构构件尺寸较大,爆炸荷载作用下应力波传播造成的材料破坏效应不能忽略,需要采用精细化模型来分析其非线性响应行为与连续倒塌过程,计算效率低,实用性差.本文将多尺度建模方法引入到爆炸荷载作用下高层建筑结构的连续倒塌分析中,依据爆炸荷载作用下高层建筑结构非线性破坏与连续倒塌的特点,提出了多尺度模型不同区域的确定方法,使用该方法对某高层建筑结构的连续倒塌机制和倒塌模式进行了研究.结果表明,相同TNT当量炸药的爆炸荷载作用下,比例距离较小时,高层钢筋混凝土结构可能发生单柱失效-双向联合倒塌模式;比例距离增大至某一区间时,结构则可能发生多柱失效-竖向倒塌模式.多柱失效-竖向倒塌模式影响范围广,对结构危害大,应通过采取防护措施避免该倒塌模式的发生.     

一种正态分布结构可靠性的改进算法

针对传统强度-应力干涉模型存在的局限,提出了一种改进的结构可靠性计算方法.利用泰勒级数展开求解非线性极限状态函数的可靠性系数,采用样本试验数据估计随机变量的分布参数,从而解决了分布参数未知、极限状态函数为非线性的正态分布结构在一定置信水平下的可靠性置信区间的计算问题.     

脉冲荷载作用下钢筋砼梁破坏形态分析

在冲击,爆炸等脉冲荷载作用下,地下防护结构的破坏形态比核武器作用下的要复杂得多,可能由原来的延性弯坏变为脆性剪坏。以常规武器作用下土中浅埋钢筋混凝土框架结构为背景,将其顶板简化为梁或单向板,并基于Timoshenko梁理论,采用有限差分方法,分析了钢筋混凝土梁或单向板的早期动力响应,最后提出了一种爆炸中荷载作用下钢筋混凝土梁或单向板破坏形态的弹性预报方法。计算分析结果表明,预报方法与试验观察结果基本一致,具有一定的工程实用价值。     

新建隧洞下穿爆破对公路隧道结构的影响： 以温州市瓯江引水工程为例

为了探寻爆源逐步接近既有隧道情况下衬砌受爆破振动的响应规律、爆破荷载作用下的应力分布状态,结合温州市瓯海区西山隧洞工程,根据施工现场爆破监测数据和数值模拟结果对新建隧道爆破施工时相交隧道的安全性进行研究,研究结果表明振速主要受到爆心距和装药量的影响：爆心距越小装药量越大,振速峰值越高;爆心距决定隧道衬砌合速度峰值发生位置;衬砌合速度峰值位置同时是最大拉应力点;随爆心距的缩进,危险点从拱腰位置移动到拱脚。     

近爆场下固支铝合金圆板的动态响应研究

对2024-T3铝合金圆板在近爆场下进行了爆炸冲击试验,利用Henrych经验公式与有限元法分别进行了计算和数值模拟,对比了近爆场的冲击波超压,考察了铝合金圆板的动态响应特性与变形失效模式,分析了药量及爆距的影响.结果表明:在爆炸冲击载荷的作用下,随着载荷的增强,即随着药量的增大、爆距及比例距离的减小,固支铝合金圆板呈现出3种变形失效模式、塑性变形、中心拉伸破孔失效、中心破孔,并发生圆板开裂;塑性变形首先在铝合金圆板的固支边界处产生,随后迅速扩展到板中心区域;随着比例距离的减小,发生中心拉伸破孔板的破孔尺寸逐渐增大,而发生边界拉伸断裂板的鼓包程度逐渐减小.      

水下爆炸圆柱壳塑性动态响应实验及数值计算

采用实验与数值模拟相结合的方法,对圆柱壳结构在水中受到柱形TNT炸药产生的冲击载荷作用下的动力响应过程进行研究.对不同装药量、爆炸距离和爆炸角度的影响分别进行了实验,利用大型有限元软件MSC.DYTRAN,对流场边界采用流-同耦合的处理方法进行计算,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明,计算结果与实验结果具有较好的一致性.证明了在有限区域内采用MSC.DYTRAN有限元软件中的流-固耦合方法进行水下爆炸的数值计算是可行的.     

装药爆炸下地下拱形结构变形及破坏特征分析

地下拱形结构侵彻爆炸下涉及许多复杂的物理过程,即装药的爆炸、弹坑的形成、冲击波的传播、应力波在岩石介质中的传播以及岩石与结构的相互作用.为了解决上述复杂问题,利用非线性动力有限元软件LS-DYNA对常规武器侵彻爆炸作用下地下拱形结构的动力响应展开研究.通过数值模拟可较直观地了解应力波的传播过程,及爆炸应力波在拱形结构物中传播及与周围围岩的相互作用.对爆炸应力波作用下拱形结构的变形和破坏特点进行了分析.数值计算结果表明,在爆炸应力波作用下钢筋混凝土结构内侧受反射拉伸波作用产生震塌破坏,加大药量时结构的震塌破坏程度加重,大约在距拱中心线1/4处产生应力集中,形成塑性铰.可为工程设计、改造加固及战时快速抢修提供有益的参考.     

近接开挖与列车振动对既有铁路隧道的沉降影响研究

选取不同近接距离基坑开挖来研究隧道的沉降变化规律,利用激振荷载经验公式来模拟高速列车的轮-轨激振力,并运用有限差分动力分析方法分析不同距离基坑开挖作用下隧道衬砌结构的车振动力响应.结果表明:近接基坑开挖会造成隧道掌子面的非对称变形,离开挖中心越近非对称变形越明显;随着近接开挖距离的增加,这种非对称变形逐渐趋于缓和,其中隧道靠近开挖侧的隧道拱脚、拱腰和拱顶区域可作为施工期间既有隧道的重点监测部位;隧道左右两侧帮底部区域相对拱顶区域而言受到列车振动影响较大,列车靠近开挖侧行驶时隧道衬砌结构动力响应比远离开挖侧行驶时大.     

气爆荷载下弯曲构件动力响应数值计算

针对建筑结构内部气体爆炸荷载升压时间长、峰值压力小、压力峰值较多的特点,以等效单自由度方法为基础,通过将荷载、抗力矩阵化准确描述加载过程与结构动力特性,推导得到了气爆荷载下结构动力响应的数值计算方法,并与实验数据对比验证其准确性.研究发现:与实际气爆荷载相比,简化荷载因为忽略了荷载变化速率的影响使得计算的结构振动位移要小于实际情况,而阻尼的存在可以减少这种计算误差.相同峰值的荷载作用时间越长,对结构产生的变形能越大,结构的最大振幅与残余变形越大.初始速度与初始位移均会增加结构的振动挠度与残余变形,初始速度相当于结构额外受到了冲量荷载,而初始位移则相当于结构承受了外部静载.      

抛物线拱的内力精确计算实用公式

采用结构力学的弹性中心方法,建立固端抛物线拱的力法正则方程,推导出在均布荷载作用和跨中集中荷载作用下的内力精确计算公式,并通过算例进行了比较验证。还分析了压弯刚度对拱推力的影响,指出忽略拱的轴向压缩变形的影响,可导致推力的计算误差达到30%。