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地下隧道内爆炸冲击下多层建筑结构的动力响应研究

作　者: 高芳华
导　师: 田力
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 隧道内爆炸 土-结构相互作用 筏板基础 地下室 桩基础 框架结构 框剪结构 动力响应
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 85次
引　用: 3次
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内容摘要


在地铁、地下管网或地下空间内发生强烈爆炸时,附近地表多层建筑结构将产生不同形式和程度的振动响应,直至引起严重的破坏甚至倒塌。本文针对筏板基础框架结构、筏板基础框架-剪力墙结构、带地下室框架结构和桩基框架结构等四种类型多层建筑物遭受附近地下隧道内爆炸作用引起的动力响应进行分析研究,主要研究工作及成果如下:(1)采用ABAQUS软件,建立隧道-土体-多层建筑(包括上述四种结构)耦合体系模型。应用LS-DYNA软件建立包括炸药、空气和隧道壁在内的三维模型,计算得到隧道内壁的超压荷载;选用混凝土塑性损伤模型和Drucker-Prager准则来分别建立混凝土材料和土体介质的本构模型;引入三维一致粘弹性边界单元处理半无限地基;采用主从接触面模型模拟土-结构物相互作用;通过算例,应用LS-DYNA软件建立隧道-土体-筏板基础-多层框架结构耦合体系模型,将隧道内爆炸作用下的动力响应结果与本文模型的结果进行比较,验证了本文方法的有效性和合理性;最后对隧道内爆炸冲击下上述四类结构在单双隧道布局、结构与隧道间距离变化以及爆炸点沿隧道纵轴线移动等三种情况下的动力响应规律进行系统研究。(2)筏板基础框架结构在双线隧道布局下的爆炸冲击响应与单线隧道布局情况相比有所降低,这说明在爆炸隧道与结构之间设置另一平行隧道,会阻碍消耗一部分爆炸波能量,从而减弱了上部结构响应。随着爆炸点距结构越近,结构的位移及内力响应越剧烈,其中,靠近爆炸点的底层柱端最为薄弱。(3)通过筏板基础框架结构、筏板基础框剪结构、带地下室框架结构三类多层建筑在隧道内爆炸冲击下的动力响应的对比计算,发现三类结构随着距爆炸隧道越来越近,均产生愈发强烈的动力响应,它们之间的抗爆动力性能区分逐渐增大。其中,框剪结构的抗侧性能和整体刚度优于其他两种结构,响应峰值最小;而筏板基础框架结构抗侧性能最差,其响应相对剧烈;至于带地下室框架结构,由于地下室嵌固作用,其上部结构的内力及变形也相应增大但更为复杂。(4)桩基多层框架结构在隧道内爆炸冲击下的动力响应规律与前面三类结构相类似,所不同的是,桩基础简化为各向异性介质,探讨了桩土复合材料单元用于抗爆分析的可行性,通过两种不同桩群密度框架结构的动力响应比较分析,揭示出桩群密度的增加,提高了结构的抗侧性能和整体刚度,有益于结构抗爆。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 引言  8-10
  1.2 研究的发展与现状  10-14
  1.3 建筑结构抗爆研究目前存在的主要问题  14-15
  1.4 本文的主要研究工作  15-17
第二章 爆炸动力分析的理论基础  17-35
  2.1 爆炸波的形成与传播规律  17
  2.2 LS-DYNA中爆炸荷载的计算  17-21
  2.3 爆炸荷载作用下建筑结构的受力特点  21-22
  2.4 爆炸荷载作用下混凝土的动力性能  22-31
  2.5 结构抗爆的数值模拟技术  31-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 土-结构动力相互作用  35-54
  3.1 土-结构动力相互作用  35-40
  3.2 动力平衡方程建立  40-42
  3.3 地基截取范围  42-43
  3.4 边界条件处理  43-48
  3.5 地基土的弹塑性本构模型  48-50
  3.6 算例验证  50-53
  3.7 本章小结  53-54
第四章 带筏板基础的多层框架结构在地下隧道内爆炸冲击下的动力响应  54-70
  4.1 数值分析模型  54-59
  4.2 不同爆炸点情况下单、双线隧道布局耦合体系动力响应对比分析.  59-63
  4.3 单线及双线模型在不同爆炸点情况下的动力响应对比分析  63-65
  4.4 单线模型在隧道距结构不同距离情况下的动力响应对比分析  65-68
  4.5 本章小结  68-70
第五章 带筏板基础的多层框剪结构在地下隧道内爆炸冲击下的动力响应  70-78
  5.1 数值分析模型  70-72
  5.2 框剪结构在不同距离情况下的动力响应分析  72-73
  5.3 框剪、框架结构在不同距离情况下动力响应对比分析  73-76
  5.4 本章小结  76-78
第六章 带地下室的多层框架结构在地下隧道内爆炸冲击下的动力响应  78-88
  6.1 数值分析模型  78-80
  6.2 带地下室多层框架结构在不同距离情况下动力响应对比分析  80-82
  6.3 不同类型上部结构在三种距离情况下动力响应对比分析  82-86
  6.4 本章小结  86-88
第七章 带桩基础的多层框架结构在地下隧道内爆炸冲击下的动力响应  88-103
  7.1 数值分析模型  88-90
  7.2 群桩基础简化原理与方法  90-93
  7.3 第一种群桩密度模型在隧道距结构不同距离情况下的动力响应  93-95
  7.4 第二种群桩密度模型在隧道距结构不同距离情况下的动力响应  95-97
  7.5 不同桩群密度模型在隧道距结构不同距离情况下的动力响应  97-101
  7.6 本章小结  101-103
第八章 结论与展望  103-106
  8.1 主要结论  103-104
  8.2 研究展望  104-106
参考文献  106-112
发表论文和科研情况说明  112-113
致谢  113

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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