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钢筋混凝土框架柱侧向抗冲击性能的有限元分析

作　者: 曹文涛
导　师: 王兴国
学　校: 河北理工大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 钢筋混凝土框架柱有限元分析爆炸荷载抗冲击动力响应
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 36次
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内容摘要

近年来随着一系列针对建筑物的爆炸袭击事件的发生,结构及其构件抗冲击性能的研究逐渐成为世界防灾减灾工程研究领域的热门课题。爆炸空气冲击波荷载作为一种典型的冲击荷载,具有冲击荷载的共性。研究爆炸冲击荷载作用下结构构件的动力响应,有利于揭示构件在冲击荷载作用下动力反应的普遍规律,为结构的抗冲击及防止连续性倒塌设计提供指导。论文基于有限元软件ANSYS及ANSYS/LS-DYNA,初步分析了钢筋混凝土框架柱的侧向抗冲击性能,主要研究工作和结论有:通过对大量相关文献的阅读比较,确定了采用基于ANSYS及ANSYS/LS-DYNA的有限元法,建立较为合理的钢筋混凝土框架柱的三维有限元模型,模拟分析框架柱在冲击荷载作用下的动力反应与破坏模式。基于ANSYS研究钢筋混凝土框架柱在冲击荷载作用下的简化分析模型,分析框架柱的动力反应特征。结果表明:根据冲击荷载作用时间的长短,可以有选择地将框架简化为十字形结构或提取考虑柱端约束的单根构件进行框架柱的抗冲击分析;在简化线性下降爆炸冲击荷载作用下,框架柱的动力响应及破坏模式与冲击荷载大小、作用时间有关。基于ANSYS/LS-DYNA,采用流固耦合算法,更为真实地模拟了爆炸空气冲击波荷载由产生、传播到与结构相互作用的过程,结果比较符合实际及有关物理规律,计算结果表明:在近距离爆炸冲击波作用下,框架柱的破坏过程首先是冲击波直接作用破坏,接着是柱底的弯曲破坏;运动及变形过程则首先是柱中弯曲,然后是柱的整体弯曲变形;框架柱的动力响应与柱端约束直接相关,增强结点处连接及加大左右梁高将直接影响整根柱的动力反应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-10
1 绪论  10-16
  1.1 爆炸现象与课题的提出  10-11
  1.2 爆炸作用原理的分析与研究  11
  1.3 冲击荷载作用下材料力学性能  11-12
  1.4 建筑结构构件的抗冲击研究概况  12-14
  1.5 本课题的研究方法和内容  14-16
2 冲击问题有限元分析的理论基础  16-24
  2.1 有限元法在抗冲击问题研究中应用  16-17
  2.2 结构动力学有限元算法  17-22
    2.2.1 动力学问题的特点及求解方法  17-20
    2.2.2 Lagrange、Euler 以及ALE 算法简介  20-22
  2.3 有限元软件ANSYS 及LS-DYNA 在结构抗冲击研究中的应用  22-24
    2.3.1 ANSYS 在工程结构动力分析中的应用  22
    2.3.2 显式动力分析程序LS-DYNA 简介  22-24
3 爆炸冲击作用及其有限元模型  24-32
  3.1 爆炸冲击波的简化计算  24-26
  3.2 爆炸冲击作用下结构构件的响应  26-29
  3.3 爆炸作用的有限元模拟  29-32
4 冲击荷载作用下钢筋混凝土构件的有限元模型  32-46
  4.1 冲击荷载作用下混凝土的有限元模型  32-41
    4.1.1 ANSYS 中的混凝土模型  32-35
    4.1.2 LS-DYNA 中的混凝土模型  35-41
  4.2 冲击荷载作用下钢筋的有限元模型  41-43
  4.3 冲击荷载作用下构件的有限元模型  43-46
5 钢筋混凝土框架柱简化模型研究与动力响应分析  46-63
  5.1 有限元模型的建立  46-50
  5.2 ANSYS 求解的收敛控制技术  50-51
  5.3 钢筋混凝土柱固有振动特性分析  51-53
  5.4 工况结果分析及比较  53-63
    5.4.1 工况1  53-56
    5.4.2 工况2  56-59
    5.4.3 工况3  59-63
6 基于LS-DYNA 的钢筋混凝土框架柱抗冲击性能分析  63-79
  6.1 有限元模型的建立  63-64
  6.2 爆炸空气冲击波与柱的作用  64-68
  6.3 爆炸空气冲击波荷载下框架柱的破坏研究及动力响应分析  68-79
结论  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
导师简介  86-87
作者简介  87-88
学位论文数据集  88

钢筋混凝土框架柱侧向抗冲击性能的有限元分析

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