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砌块墙体爆炸损伤数值分析与评估

韩正恳

  砌体结构在所有建筑类型中占相当高的比例,混凝土配筋砌块砌体又是当前砌体结构发展的方向之一。然而,砌体结构或构件抵抗爆炸荷载的能力相对较低。近年来,爆炸事件频繁发生。一旦砌体结构发生爆炸破坏,将带来巨大的人员伤亡和财产损失,造成严重的经济损失和社会不安定。所以,对混凝土砌块砌体结构抵抗爆炸荷载的研究是工程结构抗爆的迫切需要。 本文利用商用有限元软件对混凝土砌块墙体爆炸荷载作用下的动力响应、破坏模式、倒塌机理等进行了分析,并提出评估措施等。主要工作有以下几个方面: (1)模拟分析了混凝土砌块墙体动力响应的影响因素。本文着重模拟分析了有构造柱约束的墙体和纵横交错墙体承受不同爆炸冲击荷载时的动力响应和破坏模式。分析了炸药量、爆炸距离、墙体的约束方式、墙体的配筋等对砌体结构或构件的影响规律。通过模拟结果发现:墙体的上下两端容易发生剪切破坏,墙体中部易发生弯曲破坏,纵横交错砌体墙和有构造柱约束的墙体能够降低墙体的响应并且提高墙体抵抗爆炸冲击荷载的能力。 (2)分析了混凝土砌块墙体在承受爆炸荷载时的倒塌机理。选择墙体竖向荷载轴压比分别为0.2、0.3和0.5,相同爆炸距离和炸药量的三种工况进行模拟分析,模拟得出了两种倒塌模式—失稳倒塌和受压倒塌,同时分析了两种倒塌机理发生的原因和过程。模拟结果显示,在相同爆炸荷载作用下,竖向荷载的轴压比对倒塌模式有很大的影响。 (3)分析了混凝土砌块墙体的破坏形式。分别模拟了砌块墙体的弯曲破坏、脆性破坏和联合破坏,其中脆性破坏主要以剪切破坏为主。模拟结果显示:砌块墙体在远距离爆炸冲击荷载作用下容易发生弯曲破坏;在近距离、炸药量比较大的情况下容易发生剪切破坏。但是,在多数情况下,砌块墙体会发生既有脆性破坏特征又有弯曲破坏特征的联合破坏。 (4)提出混凝土砌块墙体爆炸损伤评估措施。推导出单自由体系在脉冲荷载、动力荷载和准静态荷载三种荷载作用下的P-I曲线。采用数值模拟法绘制了墙体的P-I曲线,为了消除墙体尺寸效应对P-I曲线的影响,绘制了三种不同高厚比墙体的P-I曲线。首先模拟确定出墙体的若干损伤临界点,再由损伤临界点拟合出P-I曲线。 最后,对全文所做的工作进行了总结,并对下一步研究工作进行了展望。……   
[关键词]:爆炸荷载;砌体结构;数值分析;破坏形式;倒塌机理;P-I曲线
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:沈阳建筑大学2011年
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