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爆破拆除框架结构建筑物的力学模型及工程应用

周丹  
【摘要】:本文全面总结了建筑物爆破拆除技术的应用与研究现状,针对目前建筑物爆破拆除在力学机理研究方面的严重不足,提出了“爆破拆除框架结构建筑物的力学模型及工程应用”这个课题。建立了爆破拆除框架结构建筑物的力学模型,该力学模型主要包括两方面的内容:结构失稳的力学机理研究和结构倒塌过程的计算机模拟。在对国内外一些学者的工作进行总结和改进的基础上,根据钢筋和混凝土两种材料的本构关系以及它们的共同工作机理,同时考虑到框架结构的实际受力变形特点,提出了基于多刚体—弹簧理论的散体单元和lagrange单元耦合分析模型来完成力学数值模拟。该模型采用非线性的弹簧模型和以极限变形为基础的各方向耦合的弹簧破坏准则,并反应了钢筋与混凝土之间的粘结滑移作用;与弹簧刚度相对应,单元阻尼也是随时间变化的,兼顾结构实际耗能作用和保证数值计算结果的收敛性两方面的要求,并用ANSYS/LS—DYNA软件实现计算机仿真。最后对某工程实例进行了分析,假定用水平逐段解体爆破方案拆除某典型框架结构建筑物,研究了结构失稳的力学机理和倒塌过程的计算机仿真,得出了如下结论:(1)结构的失稳是一个由几何不变体系向几何可变体系的转变过程;(2)可以用数值计算方法确定立柱的最小高度;(3)可以借助数值分析方法确定构件的空中解体情况;(4)ANSYS/LS-DYNA软件能够实现建筑物倒塌过程的全程模拟。结构的倒塌解体是一个动力学过程,在动力学计算中采用时间步,通过每一时间步的小变形和小位移积累来完成对整个倒塌过程的大变形、大位移的模拟,模拟结果可以动态的图形方式在计算机上表示出来。


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