收藏本站
《天津大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

地铁车站在内爆炸作用下的结构响应与破坏及地面振动研究

曲树盛  
【摘要】:近年来,针对地铁车站的恐怖爆炸事件频繁发生,由于地铁车站具有人群密集,环境封闭的特点,一旦发生意外爆炸事件,不仅会对爆源附近的人员和设备造成严重伤害,而且爆炸所产生的冲击波作用在结构构件上,会引起车站结构的剧烈振动并发生损伤破坏,甚至会导致某些关键构件的失效而引发结构的倒塌;此外,爆炸冲击波通过土体传到地面,会引起地面振动并对地面人员、建筑和设备的安全产生威胁。为了提高地铁车站的抗爆安全性,本论文系统研究了爆炸波在地铁车站内的传播过程与衰减规律,地铁车站结构在内爆炸作用下的动力响应与损伤破坏分析,以及地铁车站内爆炸作用下的地面振动响应等,主要研究工作和创新成果包括以下几个方面: (1)研究了地铁车站内爆炸波的传播过程与衰减规律。针对目前小型规则地下结构内部爆炸流场的试验与数值研究成果不适用于地铁车站等大型复杂结构,通过有限差分程序AUTODYN,建立了一种基于爆炸超压计算精度的大尺寸网格数值模型,采用Euler方法模拟了爆炸波在地铁车站内的传播过程,对作用在车站结构上的爆炸荷载特点进行了分析,得到了爆炸超压和冲量的衰减规律,给出了爆炸发生时避免人员受伤和死亡的安全距离。通过参数分析,研究了结构高度和出口距爆源距离对爆炸波传播的影响。研究表明:地铁车站内爆炸波的传播时间更长、衰减更慢,对结构的破坏作用更大;结构高度不同不仅影响爆炸波的衰减,而且会引起波形的差异;出口的泄爆作用与出口距爆源的距离有关,出口距爆源越近,其泄爆作用越明显。 (2)研究了地铁车站结构在内爆炸作用下的动力响应与损伤破坏。基于非线性有限元技术,通过显式动力分析软件LS-DYNA,建立了地铁车站结构在内部爆炸荷载作用下结构动力响应和损伤破坏的数值模拟方法,对地铁车站在背包炸弹等中小型爆炸装置产生的内部爆炸作用下的结构动态响应进行了分析,得到了梁、板、柱等主要受力构件的位移和应变等动力响应,同时分析了炸药量、构件配筋率、材料应变率效应以及土-结构相互作用等因素对结构主要受力构件响应的影响,并对结构抗爆防护概念设计提出建议。研究表明:在内部爆炸作用下,地铁车站的站台板是结构中破坏最为严重的构件,临近柱和中板会产生开裂等轻微破坏;结构的动力响应随炸药量的增大而增大,随构件配筋率的增大而减小;土-结构相互作用对于距离爆源最近的梁、板、柱构件响应影响较小。 (3)研究了地铁车站站台柱的抗爆性能并提出相应的优化设计方法。针对目前尚无针对地铁车站站台柱特殊爆炸环境下抗爆性能方面的研究,建立典型地铁车站站台柱抗爆性能分析模型,从截面形状选取、轴压比的选用、箍筋配筋率及其形式等方面,系统研究并提出了提高其抗爆性能的优化设计方法。研究表明:相同截面面积以及相同爆炸冲击环境下,钢筋混凝土圆柱受到的爆炸冲击能量小于方柱,且与钢筋混凝土方柱相比较,提高圆柱的箍筋配筋率会更为显著的增加其抗爆性能,因此,在地铁车站的站台柱设计时,建议采用圆柱;提高纵筋配筋率和增大箍筋直径对于提高钢筋混凝土柱的抗爆性能效果不明显,减小箍筋间距可以显著提高柱子的抗爆性能,并针对钢筋混凝土圆柱提出一种新的箍筋配筋方式,该方式可以显著提高柱子的抗爆性能;对站台柱设置安全防护距离将显著降低作用于其上的爆炸荷载,提高其抵御意外爆炸的性能,通过研究,提出了合理安全防护距离的概念,并针对典型地铁车站站台柱,给出了建议取值。 (4)研究了地铁车站内爆炸引起的地面振动特性及其峰值预测方法。针对目前对地下结构内爆炸引起土中应力波的传播和地面振动的特性缺少相应的研究,以天津某典型地铁车站为例,建立了地下结构内爆炸作用下地面振动的数值模拟方法,对车站内发生意外爆炸后,应力波在周围土体内的传播过程,引起的周边地面振动的特性及其衰减规律进行了数值分析;同时针对国内典型地铁车站,研究了车站埋深、炸药量等参数对地铁车站周边地面振动的影响规律,进而提出了考虑车站埋深和比例距离变化的地铁车站周边地面典型位置的地面振动主要参数的计算公式;并对地面振动的安全性进行了评价。研究成果可用于评估地铁车站遭恐怖爆炸情况下地面周边建筑的振动安全性,也可为地铁车站抗爆设计中车站埋深的选取提供理论依据。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U231.4;TU352.13

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 廖维张;杜修力;;内部爆炸作用下地铁车站的动力响应分析[J];地下空间与工程学报;2010年05期
2 李忠献;刘杨;田力;;单侧隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应与抗爆分析[J];北京工业大学学报;2006年02期
3 李秀地,郑颖人,李列胜,郑云木;长坑道中化爆冲击波压力传播规律的数值模拟[J];爆破器材;2005年05期
4 林大超,张奇,白春华;近地表爆炸地震的地面竖向振动速度的随机特性[J];爆炸与冲击;2000年03期
5 赵晓兵,方秦,张亚栋,柳景春;爆炸荷载作用下地下复合结构的合理刚度匹配[J];爆炸与冲击;2001年02期
6 杨科之,杨秀敏;坑道内化爆冲击波的传播规律[J];爆炸与冲击;2003年01期
7 曹志远,曾三平;爆炸波作用下地下防护结构与围岩的非线性动力相互作用分析[J];爆炸与冲击;2003年05期
8 庞伟宾,何翔,李茂生,任辉启;空气冲击波在坑道内走时规律的实验研究[J];爆炸与冲击;2003年06期
9 田力,李忠献;地下爆炸冲击波引起的基底滑移隔震建筑的动力响应[J];爆炸与冲击;2004年01期
10 林大超,张奇,熊祖钊,白春华;爆炸地震地面振动速度的随机相似性[J];工程爆破;2001年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 管品武;钢筋混凝土框架柱塑性(钅交)区抗剪承载力试验研究及机理分析[D];湖南大学;2001年
2 田力;地下爆炸波冲击下地面结构动力响应及滑移隔震研究[D];天津大学;2004年
3 师燕超;爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应行为与损伤破坏机理[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 左清林;用数值方法对爆炸荷载下钢筋混凝土构件的动力性能的探索[D];上海交通大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙建运,李国强;爆炸荷载作用下弹性梁的能量解析法分析[J];四川建筑科学研究;2005年05期
2 伍建强,钱永久,贺丽;LS-DYNA在工程结构抗爆中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年05期
3 傅光耀;王浩;;薄钢铺板对平台主梁变形影响的试验研究和分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期
4 伍建强;钱永久;索清辉;;空气夹层结构抗爆炸局部破坏分析[J];四川建筑科学研究;2006年04期
5 常玉珍;吴敏哲;;组合肋壳几何非线性分析[J];四川建筑科学研究;2006年05期
6 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
7 王青;徐港;;剪力墙结构弹塑性分析的QR法Ⅱ——计算格式、程序及算例[J];四川建筑科学研究;2006年06期
8 孙建运;李国强;;建筑结构抗爆设计研究发展概述[J];四川建筑科学研究;2007年02期
9 谷音;刘晶波;;三维结构—地基动力系统高效算法精度问题研究[J];四川建筑科学研究;2007年05期
10 王开强;孙飞飞;胡大柱;;多弹簧梁柱单元在空间钢框架非线性分析中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宫建国;陶钧;曾胜;金涛;;地基平面沉降下的大型石油储罐模态分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 张应迁;石艳;唐克伦;刘明;;外压容器临界载荷特性研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
3 黄跃文;吴新霞;张慧;罗熠;;基于物联网的爆破振动无线监测系统[A];中国力学学会工程爆破专业委员会《2011全国爆破理论研讨会》论文选编[C];2011年
4 冯金龙;沈新普;刘应华;;混凝土塑性损伤ABAQUS用户子程序开发[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
5 曹鹏;冯德成;沈新普;;汽车碰撞防护栏行为有限元分析[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
6 张箫;苟瑞君;周宏伟;易海洋;张博夫;赵宇峰;;限制空间内的苯蒸气云爆炸数值模拟研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
7 王青平;白武明;王洪亮;;多重网格在二维泊松方程有限元分析中的应用[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
8 陈颖智;周锋;童乐为;申屠团兵;陈永兵;;铸钢圆管混凝土分叉柱节点性能数值分析[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
9 李同春;朱寿峰;赵兰浩;胡继刚;;考虑坝体与坝肩动力相互作用的坝肩稳定动接触降强算法[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
10 程恒;张燎军;;强震作用下高拱坝损伤开裂研究[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈艺冰;多介质流体力学计算的GKS方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 孙顺凯;流体力学方程与扩散方程有限点方法的若干研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
4 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
5 张红哲;车身概念设计智能CAE关键技术的研究[D];长春理工大学;2010年
6 张忠;固体炸药冲击起爆的物质点法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 付天光;逐孔起爆技术应用基础研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
10 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱会启;煤与瓦斯突出冲击波实验研究[D];河南理工大学;2010年
2 任健;辐射热传导方程九点格式的研究与应用[D];中国工程物理研究院;2010年
3 胡婷萍;大厚度电子束焊缝的超声检测及缺陷散射信号的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李静涛;煤矿开采岩层与地表变形数值模拟分析[D];山东科技大学;2010年
5 冯银银;隧道围岩应力与位移数值模拟与分析[D];山东科技大学;2010年
6 马飞飞;框架结构轻钢加层的地震反应分析研究[D];山东科技大学;2010年
7 张伟伟;恐怖爆炸荷载作用下地铁车站的冲击反应与防护技术研究[D];山东科技大学;2010年
8 解立波;浅埋暗挖隧道桩基托换技术可靠性分析[D];山东科技大学;2010年
9 孟庆辉;恐怖爆炸荷载作用下地铁隧道的冲击反应与防护研究[D];山东科技大学;2010年
10 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 肖建庄,程才渊,朱伯龙;高层钢筋砼建筑结构抗震中的若干问题及发展趋势[J];四川建筑科学研究;1997年02期
2 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
3 金乾坤;;混凝土动态损伤与失效模型[J];兵工学报;2006年01期
4 陈力;方秦;还毅;张传爱;;强动载作用下钢筋混凝土梁破坏模式的有限元分析[J];北京工业大学学报;2008年06期
5 顾垒,向文飞;爆炸空气冲击波超压影响因素分析及控制[J];爆破;2002年02期
6 杨鑫;石少卿;程鹏飞;;空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟[J];爆破;2008年01期
7 刘慧;近距侧爆情况下马蹄形隧道动态响应特点的研究[J];爆炸与冲击;2000年02期
8 林大超,张奇,白春华;近地表爆炸地震的地面竖向振动速度的随机特性[J];爆炸与冲击;2000年03期
9 林大超,白春华,张奇;空气中爆炸时爆炸波的超压函数[J];爆炸与冲击;2001年01期
10 胡时胜,王道荣;冲击载荷下混凝土材料的动态本构关系[J];爆炸与冲击;2002年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 徐龙河;基于MR阻尼器的半主动结构控制的理论与试验研究[D];天津大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 闫晓鹏;混凝土静态和动态力学性能的实验研究[D];太原理工大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱永全;冯卫星;陈豪雄;;地铁西单车站横通道开口段结构的有限元分析[J];铁道标准设计;1993年01期
2 黄桂兴,那艳玲;东北地区地铁车站通风空调方案对比分析[J];铁路工程造价管理;2005年05期
3 孙增田;程强;李华;;屏蔽门接轨保护及绝缘保护必要性分析[J];城市轨道交通研究;2006年07期
4 殷位洋;裴欢;;地铁车站轨行区伤亡事故的快速处置[J];现代城市轨道交通;2007年02期
5 王亮;张海青;;城市公共空间的人性化设计——浅析沈阳地铁一号线3号出入口广场设计方案[J];沈阳建筑大学学报(社会科学版);2008年04期
6 王越;戚承志;;竖向地震分量对于地铁站动力反应影响的研究[J];山西建筑;2009年01期
7 段东旭;杨政忠;;天津地铁车站深基坑围护施工技术[J];路基工程;2009年01期
8 王锋;余惠林;赵晓华;路璐;;关于地铁车站站台限界的探讨[J];铁道标准设计;2009年02期
9 陈学峰;;中洞法暗挖地铁车站全工序地表沉降的研究分析[J];铁道标准设计;2009年10期
10 史小俊;;地铁车站应对大客流的组织措施[J];城市轨道交通研究;2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 忻鼎康;胡祖光;邓景纹;张安安;;中山北路地铁车站预应力有限元分析[A];第十二届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C];2003年
2 白廷辉;刘国彬;刘朝明;吴玉怀;于宿海;刘涛;史世雍;姜向红;张国峰;陈昌祺;;地铁车站建设安全及风险控制技术[A];中国城市轨道交通新技术(第三集)[C];2009年
3 何雪松;;地铁车站深基坑钢支撑置换技术[A];2009中国城市地下空间开发高峰论坛论文集[C];2009年
4 路美丽;刘维宁;乐贵平;;结合盾构法建造地铁车站的方案设计[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年
5 史聪灵;钟茂华;涂旭炜;邓云峰;符泰然;;深埋岛式地铁车站站台火灾时烟气蔓延数值分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 张慧艳;;地铁车站环控系统设计中的消声、隔声和隔振分析处理[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会资料集[C];2010年
7 江泳;朱颖心;;利用RWI确定地铁车站全年空调参数的方法[A];全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集[C];2000年
8 周乐敏;;盖挖法在闹市中心地铁车站工程的设计与运用[A];施工机械化新技术交流会论文集(第十一辑)[C];2010年
9 杨艳青;;盾构法建造塔柱式地铁车站可行性研究[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年
10 王明胜;倪冰玉;;某地铁车站浅埋暗挖优化方案的论证[A];中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田豆豆 杨柳 郑群华;武汉金银潭地铁车站“零渗水”的秘密[N];中国建材报;2010年
2 本报记者 杜一鸣;沈阳地铁站装修最高标准1500元/㎡[N];沈阳日报;2009年
3 昱含;地铁车站细节设计应更加人性化[N];人民铁道;2011年
4 记者 孔祥文 通讯员 应爱武;广州东山口站打破国内无盾构拓建地铁车站历史[N];中国铁道建筑报;2010年
5 记者 于海;地铁车站8月份惊艳呈现[N];沈阳日报;2009年
6 王志华;地铁车站安装绿色照明[N];北京日报;2003年
7 易论;3毫米的创举[N];中华建筑报;2008年
8 记者 张文君;省会新客站下方地铁站方案出炉[N];河北经济日报;2009年
9 曹霁阳;将收集废热节能取暖[N];北方时报;2011年
10 记者 刘冕;三类情况地铁车站将限流[N];北京日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曲树盛;地铁车站在内爆炸作用下的结构响应与破坏及地面振动研究[D];天津大学;2012年
2 张波;地铁车站地震破坏机理及密贴组合结构的地震响应研究[D];北京工业大学;2012年
3 何伟;地下结构地震响应及其与地表建筑的影响研究[D];大连理工大学;2011年
4 王春;地铁车站通风与火灾三维数值模拟研究[D];西南交通大学;2005年
5 姚国伟;基于乘客疏散仿真的地铁车站建筑结构布置和设施协调研究[D];北京交通大学;2008年
6 王维;地铁车站混凝土结构开裂有限元分析[D];上海交通大学;2008年
7 齐锋;地铁车站纤维混凝土结构抗渗试验及阻裂防水机理的研究[D];上海交通大学;2007年
8 周耀;地铁车站结构健康监测研究[D];北京交通大学;2008年
9 王绍君;洞桩法及CRD工法地铁施工对地表沉降影响研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 李围;配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究[D];西南交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林辉;既有地铁车站结构受隧洞穿越影响的抗震性能分析[D];北京建筑工程学院;2011年
2 张伟伟;恐怖爆炸荷载作用下地铁车站的冲击反应与防护技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 潘佩君;不均匀地层地铁车站结构内力分析和减少沉降方法研究[D];安徽理工大学;2011年
4 董晓净;基于网络排队模型与控制体模型的地铁车站乘客应急疏散能力瓶颈识别方法[D];北京交通大学;2012年
5 彭地;地铁车站内部公共空间的场所营造[D];西南交通大学;2012年
6 张世乾;从人性化角度审视地铁车站设计[D];大连理工大学;2012年
7 郭恒;地铁车站地震响应离心机模型试验研究[D];浙江大学;2012年
8 王锋;地铁车站公共区通风空调系统智能控制的研究[D];北京建筑工程学院;2012年
9 杨开武;地铁车站的结构变形远程监控系统[D];北方工业大学;2010年
10 梁韵;暗挖地铁车站设置原则与施工工法选取研究[D];北京交通大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026