Kiewitt双层球壳结构在内爆炸下的失效模式及机理研究

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大空间公共建筑现已成为现代化大都市的一个重要标志和现代建筑的一个显著特征。近年来,针对建筑物的恐怖爆炸袭击事件不断发生,使空间结构的抗爆研究成为人们关注的热点并具有迫切的现实意义。双层球壳结构作为大空间结构的一种重要形式,其在风荷载、地震荷载作用下的研究相对比较成熟,但是在爆炸荷载作用下的研究还很少。论文以Kiewitt双层球壳结构形式作为研究对象,通过数值模拟的方法,对其在内爆炸荷载作用下的响应和失效进行了研究,主要内容如下:  (1)采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立炸药TNT爆炸的数值试验模型,对其进行了空爆数值计算,并将模拟结果与经验公式结果相对比,验证了材料参数选取的可靠性,为Kiewitt双层球壳结构的爆炸数值模拟提供可靠依据。  (2)采用验证后的材料参数,建立 Kiewitt双层球壳结构在近地面内爆炸冲击荷载作用下的模型并进行了数值模拟,提取数值模拟的计算结果与现有经验公式进行了对比,结果吻合较好,试验现象和计算结果都表明数值模型和材料参数的可靠性。  (3)针对所选择的Kiewitt双层球面网壳结构,通过改变炸药TNT量、爆炸点位置、荷载以及屋面刚度等因素,分析了各参数的改变对Kiewitt双层球壳结构响应和失效的影响,其中炸药TNT量对结构的失效起到决定性作用,当W=1188.27 kg时,结构发生整体倒塌;爆炸点位置对结构的失效形式影响较大,当爆炸点距离墙体围护结构较近时,柱的底部易发生破坏。  (4)在数值模拟的基础上,对已有的研究成果进行总结和深化,提出双层球壳结构在内爆炸下的三种失效模式并分析了相应的失效机理,分析了双层球壳结构发生整体倒塌的条件,并给出了在内爆炸荷载下双层球壳结构抗倒塌的建议。  (5)以基准模型作为参照,结合各参数对结构的影响,提出一种改进方案,论文通过不同工况下结构的损伤程度不同,提出在内爆冲击下双层网壳结构合理有效的抗爆防护设计建议。
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