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最近随着恐怖主义和地区冲突的加剧,世界范围的爆炸灾害越发严重起来。恐怖爆炸不仅对于露天的公共设施和人员造成重大伤害和损失,并且对于建筑结构内部的人员和建筑物本身也产生很大的伤害,而建筑物如果没有足够的抗爆能力,很可能发生倒塌破坏,对内部人员的生命财产等造成巨大损失。然而目前对于民用建筑特别是普通钢筋混凝土框架结构,在设计中都是根据国家现行的规范进行计算设计,并没有考虑到爆炸荷载作用的影响。因此对于诸如教学楼、商场等具有恐怖袭击风险的建筑,需要考虑爆炸荷载对结构构件性能的影响。
本文首先通过对爆炸基本理论的研究,得出较为合理的爆炸冲击波荷载简化形式,并分析确定了各构件的最不利荷载工况,基于动力有限元软件LS-DYNA程序,计算分析了钢筋混凝土梁、柱、板在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏机理,并通过改变荷载形式以及自身构造等方式比较不同状态下构件的性能表现。同时文中还通过数值计算的方法较为真实地模拟了钢筋混凝土柱在冲击波作用下的裂缝扩展情况以及钢筋混凝土柱、板在接触爆炸直接作用下的碱坏过程,其中在接触爆炸分析中采用了ALE流固耦合的分析方法,考虑到接触爆炸中复杂的荷载状况。这里并没有采用简化的荷载形式,而是直接模拟了爆炸物本身以及爆炸后混凝土板的破坏机理。相比较之前学者关于破坏模式分析的范围主要集中在地下防护结构中的板类构件上,本文通过有限元分析揭示钢筋混凝土框架结构的梁、柱、板在爆炸冲击波荷载以及接触爆炸荷载作用下的抗爆性能及破坏机理。
通过对钢筋混凝土框架构件抗爆性能较为全面的计算分析,本文有针对性地给出了一些建议措施用于提高构件抗爆性能,并通过计算比较验证了这些措施的有效性和合理性,为以后的抗爆设计研究做参考。