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地下隧道内爆炸冲击下地表空间网壳结构的减隔震研究

作　者: 王春远
导　师: 田力
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 地下隧道爆炸超压空间网壳结构减隔震橡胶支座粘滞阻尼器
分类号: U451;TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

空间网壳结构作为一种应用广泛的大跨空间结构,由于其自身结构形式多样、杆件和节点数目繁多、自振频率分布密集等特点,人们对这种结构的减隔震研究还比较有限,而且主要集中在抗震和抗风等方面。近年来,地铁车站爆炸事故频发,强烈冲击波不仅直接造成众多人员伤亡,还使隧道衬砌遭受严重毁损,并可能波及邻近的地表结构。为探讨地下隧道内爆炸冲击下空间网壳结构的减隔震措施及其效果,本文针对双层柱面网壳和单层球面网壳等两种网壳结构在地下隧道内爆炸冲击作用下的减隔震效应进行了系统的分析研究。主要研究工作及其成果如下:(1)应用LS-DYNA软件建立起了包含地下隧道、半无限土体和两类空间网壳结构(分为非隔震、橡胶支座隔震和替换阻尼杆件的耗能减震三种情况)在内的各个耦合体系模型。通过建立炸药-空气-隧道的耦合模型,计算得到了隧道内壁上的爆炸超压荷载。确立了模拟地基土的Drucker-Prager模型、模拟高应变率、大变形下的混凝土的HJC模型和模拟钢材的随动塑性(与应变率相关)材料模型等的相关材料参数。探讨了本文所用的减隔震技术,包括橡胶支座和粘滞阻尼器,并分别采用LS-DYNA软件中的Blatz-Ko橡胶模型和线性粘性阻尼器模型来模拟板式橡胶支座和线性阻尼器。(2)应用本文方法对隧道内爆炸波冲击下的双层柱面网壳进行了包括设置橡胶隔震支座和替换阻尼杆件等方式在内的减隔震研究。研究发现:在隧道与该类网壳距离一定的情况下,隧道沿网壳纵向布置的情况最不利;设置橡胶隔震支座和替换阻尼杆件等方式均能显著地减小双层柱面网壳的杆件应力、杆件两端节点的相对位移和节点的加速度等响应的峰值,同时,设置橡胶隔震支座的方式还能延长结构的振荡周期;当隧道沿网壳纵向布置时,宜采用替换上弦杆的方式,当隧道沿网壳横向布置时,宜采用替换纵向杆的方式。(3)应用本文方法,采用设置橡胶支座和替换阻尼杆件等两种方式,进行单层球面网壳遭受隧道内爆炸波冲击下的减隔震数值分析。研究发现:设置橡胶隔震支座和替换阻尼杆件等方式不仅能大幅度的减小单层球面网壳杆件的应力峰值和节点的加速度峰值,而且还能明显地延长结构的振荡周期;在各种替换阻尼杆件的方式中,以采用替换斜杆的方式减震效果最佳。本文的研究成果,为上述两类空间网壳结构在地下爆炸波冲击作用下的减隔震设计及其工程应用提供了重要参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 选题背景  8-9
  1.2 国内外在空间网格结构振动控制方面的研究概况  9-11
  1.3 减隔震技术在空间网格结构中的实际应用  11-16
  1.4 本文的研究内容  16-17
第二章隧道-土-空间网壳结构耦合体系抗爆分析的数值模型  17-29
  2.1 LS-DYNA 简介  17-21
  2.2 隧道内壁上的爆炸超压荷载  21-23
  2.3 半无限地基的边界处理  23-24
  2.4 地基土的弹塑性本构模型  24-26
  2.5 混凝土的塑性损伤本构模型  26-28
  2.6 钢材的弹塑性本构模型  28
  2.7 本章小结  28-29
第三章空间网壳结构减隔震技术的基本理论  29-37
  3.1 橡胶隔震支座  29-32
  3.2 粘滞阻尼器  32-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章双层柱面网壳结构在隧道内爆炸波冲击下的减隔震研究  37-74
  4.1 计算模型  37-38
  4.2 双层柱面网壳在纵向布置的隧道内爆炸波冲击下的减隔震研究  38-53
  4.3 双层柱面网壳在横向布置的隧道内爆炸波冲击下的减隔震研究  53-73
  4.4 本章小结  73-74
第五章单层球面网壳结构在隧道内爆炸波冲击下的减隔震研究  74-89
  5.1 模型选取  74-75
  5.2 设置橡胶隔震支座的基础隔震研究  75-80
  5.3 替换阻尼杆件的耗能减震研究  80-88
  5.4 本章小结  88-89
第六章结论与展望  89-91
  6.1 结论  89-90
  6.2 展望  90-91
参考文献  91-94
发表论文和参加科研情况说明  94-95
致谢  95

地下隧道内爆炸冲击下地表空间网壳结构的减隔震研究

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