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单层球面网壳在外爆荷载下的可靠度分析及风险评估研究

梁婷婷  
【摘要】:近年来,世界多地频繁发生各种恐怖袭击事件,尤其是震惊世界的―9.11‖事件直接导致了巨大的人员伤亡和经济损失,也再一次敲响了人们对于建筑抗爆安全问题的警钟。汽车炸弹由于其灵活方便且威力巨大等特性受到恐怖分子的青睐。而大跨度空间结构因其重要的政治作用及优美的建筑造型,更容易成为恐怖分子的袭击目标。因此大跨空间结构在外爆荷载作用下的破坏形式及失效风险的研究具有极其重要的理论意义及应用价值。 利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立K8型单层球面网壳结构精细化模型。列举ALE和CONWEP两种方法对结构在爆炸荷载下的动力响应的影响,并将二者与文献中拟合公式的计算结果进行对比,验证了其计算结构爆炸响应的可行性。综合考虑计算精度和计算时间,确定了以CONWEP作为本文研究网壳结构外爆响应的计算手段。 根据建筑结构可靠度分析的基本原理,确定了适用于网壳结构爆炸响应的损伤状态及对应的损伤因子范围。利用Monte-Carlo概率计算方法,计算5个不同跨度、不同屋面质量的K8型单层球面网壳在外爆荷载作用下发生不同损伤状态的概率,从而得到网壳结构外爆的可靠度曲线,为单层球面网壳抗爆设计提供参考依据,并为风险评估和结构加固工作提供理论支持。 根据建筑结构概率风险评估的基本原理,提出单层球面网壳结构防护措施的分析方法及结构爆炸经济损失的计算模型。利用网壳结构失效概率计算结果,考虑网壳结构外围设置防爆柱时对结构损伤状态及爆炸经济损失的影响;通过考察结构防护措施的纯收益与防爆柱设置距离之间的关系,得到防爆柱最优设置距离。并对单层球面网壳结构进行全寿命投资优化抗爆设计,综合结构初始造价、维护检修费用和结构爆炸经济损失三者,通过计算3个网壳结构方案考虑爆炸袭击的总投资,给出了结构抗爆设计方法,即结构在生命周期内总投资最低。


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