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单层球面网壳在外部爆炸荷载作用下的动力响应分析

武文龙  
【摘要】:大跨度空间结构因其外形优美,内部使用空间灵活而越来越得到广泛使用,很多展览馆、会展中心、体育馆等大型公共建筑都采用了这种建筑形式。这类建筑往往是人群活动较密集场所,同时也易成为恐怖分子进行恐怖袭击的目标,但随着检测仪器的进步以及各国对恐怖袭击的警惕有所提高,携带炸药等危险物品靠近或进入建筑物已相当困难,因此恐怖分子对建筑物爆炸袭击的手段也在不断变化,不排除利用氢气球、遥控飞行物等携带爆炸物对建筑物顶部进行空中爆破从而导致建筑物破坏,以达到其杀伤人群的可能性。针对这种情况,综合分析爆炸荷载特点,建立爆炸荷载模型,利用有限元软件LS-DYNA对单层球面网壳结构进行数值模拟,以期达到提高大跨度空间结构的抗爆能力,尽可能减少此类建筑在爆炸发生时结构的损失及破坏,具有重要的理论和现实意义。 本文以非线性静力和动力两种分析理论方法为基础,采用模拟软件LS-DYNA对大跨度空间球面网壳结构在遭受外部爆炸荷载作用下的破坏进行了数值模拟。主要研究工作如下: 利用LS-DYNA软件建立炸药在空气中的爆炸模型,并验证此模型的有效性和模拟的精确性;为在接下来运用此软件进行空间结构在爆炸荷载作用下的动力响应模拟做好铺垫。建立空间球面网壳模型,模拟爆破冲击在极短时间内释放巨大能量对周围建筑物造成极大破坏的特点;讨论了单层球面网壳在爆炸冲击荷载作用下结构局部的破坏形式,以及结构各部分受到的冲击压力,并由此产生一系列非线性动力响应,主要体现在结构的位移、速度、加速度等方面,并对网壳局部破坏过程进行了初步讨论。在上述分析的基础上,进一步讨论了大跨度单层球面网壳在外部爆炸荷载冲击作用下,通过改变爆炸条件和改变结构构件的条件,网壳节点的位移及网壳杆件的应力变化规律,得出这些因素对网壳的变形及破坏的影响。总结出了爆炸冲击荷载对球面网壳影响的内在规律,为这种结构在爆炸冲击作用下的防爆抗爆措施以及有效控制爆炸灾害产生的影响提供有效的参考和依据。


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