内爆炸下单层球面网壳的响应模式及机理研究

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球面网壳是一种较常见的大空间结构形式,被广泛应用于体育馆、影剧院、博物馆等公共建筑中,成为城市现代化发展的重要标志。由于此类建筑人员密集、活动频繁,极易成为恐怖炸弹袭击的目标。研究大空间结构防恐怖爆炸技术,能显著提高结构的抗爆能力,减少人员、财产的损失,尽量消除恶劣的社会影响,维护社会稳定与国家安全。因此,对大空间建筑结构进行内爆炸荷载下的响应模式及机理研究具有重要的理论和现实意义。本文以施威德勒单层球面网壳为研究对象,通过有限元数值模拟,对其在内爆炸荷载下的响应模式及机理进行了研究,主要内容有:(1)运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行了无限自由空气域中炸药爆炸的数值模拟,将数值模拟结果中的峰值超压、正压作用时间与经验公式计算结果进行对比,证明自由空爆数值模型的可信性,为球壳内爆数值模型提供依据。(2)结合自由空爆有限元模型,对炸药在球壳结构内部爆炸的全过程进行有限元数值模拟,将数值模拟结果与经验公式、冲击波传播及反射理论进行对比,验证球壳内爆数值模型的可信性,确定球壳内爆基准模型。(3)通过改变连接方式及连接刚度,进行球壳内爆炸数值模拟,模拟不同的连接对内爆炸荷载下结构响应模式的影响。在此基础上,通过改变炸药TNT当量和球壳结构矢跨比,研究各因素的改变对结构响应模式的影响。(4)分析位移时程曲线、杆件塑性发展程度、能量关系等力学行为,研究不同响应模式对应的机理。
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