爆炸冲击波在双层地铁站内的传播规律研究

地铁站为地下封闭空间,发生爆炸往往会带来灾难性的后果,易成为恐怖爆炸袭击的重要目标。为研究地铁站爆炸冲击波传播规律,本文利用AUTODYN软件,对一典型两层两跨地铁站进行了数值模拟,给出了地铁站内部不同时刻的冲击波压力云图,得到了不同爆心距位置的压力时程曲线,研究了不同起爆层、侧墙、结构柱和楼梯对冲击波传播的影响,分析了冲击波超压峰值的衰减规律。计算结果表明,炸药在地铁站内爆炸,其冲击波传播明显异于自由空气中。在爆心距较小位置,有更多持续时间较短的峰值;在爆心距较大位置,压力时程曲线相对平缓。爆炸冲击波在站厅层和站台层的传播存在差异,且受到侧墙、结构柱、楼梯的影响。侧墙使近区冲击波超压明显增大,结构柱让柱间狭长区域的超压峰值出现上下小幅波动,楼梯的存在增强了迎爆面前方一段距离的超压,削弱了背爆面后方的超压。     

悬臂式防爆墙消波作用数值分析及其应用

在建筑物外部一定距离上设置防爆墙,能对汽车炸弹爆炸冲击波和碎片起到有效的防护,消除爆炸冲击波对建筑物及内部人员的破坏杀伤作用。应用Ls-Dyna程序,模拟分析了爆炸冲击波在设置悬臂式防爆墙的三维流场中的传播情况,并与不设置防爆墙的三维流场计算结果进行对比,得到了防爆墙后爆炸冲击波的超压衰减率。针对一重要建筑物,作者应用所得结果分析了拟构筑的防爆墙的消波作用和建筑物的安全。文中所用方法和成果可供防爆墙设计时应用参考。     

钢板-聚氨酯复合墙体的减爆吸能效应分析

墙体自身变形吸收和耗散爆炸能量,可以有效地减轻爆炸冲击波对目标的破坏作用。采用一维应力波理论分析、比较钢板-聚氨酯和钢板-混凝土复合墙体的减爆吸能效应,并运用ANSYS／LS-DYNA有限元程序对2种复合墙体在爆炸冲击波作用下的减爆吸能性能进行数值模拟。研究结果表明：钢板．聚氨酯复合墙体比钢板．混凝土复合墙体具有更好的减爆吸能效果,主要原因是聚氨酯材料允许墙体产生明显的大变形,耗散了大部分爆炸能量。     

不同方案钢板混凝土防爆墙的抗爆性能分析

减小爆炸破坏的有效方法是在爆炸点与建筑物之间设置一道防爆墙。采用LS-DYNA软件借助已有文献推荐的方法建立数值分析模型。研究了不同药量爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙(RCBW)的破坏过程。提出了4种不同方案的钢板混凝土防爆墙并对其抗爆性能进行分析、排序。最后,利用RC框架作为防护对象,分析不同钢板混凝土防爆墙的防爆效果。结果表明：爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙的破坏过程分为3个阶段,处于第3阶段的钢筋混凝土防爆墙发生严重的破坏。相比较于钢筋混凝土防爆墙,4种不同方案的钢板混凝土防爆墙的抗爆性能均有明显的提高,其中双面钢板混凝土防爆墙的防爆效果最好。爆炸荷载下,经双面钢板混凝土防爆墙防护后的RC框架柱没有发生任何破坏,而经其他3种方案防护的框架柱均有一定程度的塑性损伤。     

悬臂式防爆墙破坏机理研究

在建筑物外部一定距离上设置防爆墙,能对汽车炸弹爆炸冲击波和碎片起到有效的防护,消除爆炸冲击波对建筑物及内部人员的破坏杀伤作用。主要应用Ansys LS-DYNA程序,建立了爆炸荷载作用下悬臂式防爆墙有限元模型,分析了防爆墙的破坏机理,以及防爆墙极限状态下的承载力和变形情况,所用方法和成果可供防爆墙设计时应用参考。     

钢板-砖砌体组合墙梁的试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构在既有砖混房屋中进行大空间改造时,组合托梁上部的墙体存在拱效应,使得托梁与上部墙体之间共同工作.为了研究此类组合墙梁的工作机理、破坏形态、承载力、控制截面的应变分布以及变形,对5根钢板-砖砌体组合墙梁进行了集中荷载作用下的试验研究与分析,并考虑了上部墙体高跨比、组合托梁高跨比和钢板厚度的参数影响.主要的研究结果表明钢板-砖砌体组合墙梁的破坏始于加载点与支座连线部分的砌体;钢板沿截面高度的应变分布符合平截面假定;上部墙体的高跨比直接影响墙体的破坏形态、钢板发生空鼓时的荷载和构件的极限荷载;合理的墙体高度有利于组合作用的形成,并且过高的墙体反而会降低极限荷载.最后给出了上部墙体高跨比的合理取值范围,同时建议钢板-砖砌体组合托梁的抗弯刚度相对上部墙体平面内刚度的系数应至少大于79.     

防爆墙

正防爆墙指的是耐爆炸压力较强的墙,也称耐爆墙、抗爆墙。多设在有爆炸危险的厂房或仓库。包括防爆砖墙、防爆钢混凝土墙和防爆钢板墙。防爆砖墙只用于爆炸物质较少的厂房和仓库。防爆钢混凝土墙厚度不应小于200mm。多为500mm、800mm,甚至100 mm;混凝土强度不低于C20。防爆钢板墙以槽钢为骨架,钢板和骨架铆接或焊     

防爆墙

<正>防爆墙指的是耐爆炸压力较强的墙,也称耐爆墙、抗爆墙。多设在有爆炸危险的厂房或仓库。包括防爆砖墙、防爆钢混凝土墙和防爆钢板墙。防爆砖墙只用于爆炸物质较少的厂房和仓库。防爆钢混凝土墙厚度不应小于200mm。多为500mm、800mm,甚至100mm;混凝土强度不低于C20。防爆钢板墙以槽钢为骨架,钢板和骨架铆接或焊接在一起。按做法不同,分为单层或双层钢板防爆墙、双层钢板中间填混凝土防爆墙、钢板木板防爆墙和型钢防爆墙。     

钢筋混凝土-高强钢板组合结构抗震塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土-高强钢板组合结构的抗震塌性能,对3种钢筋混凝土-高强钢板组合结构靶标开展了现场爆炸试验,通过对不同配置的组合结构在接触爆炸条件下的变形情况和破坏形态的对比,分析了钢板材料、钢板和混凝土厚度对组合结构抗震塌性能的影响,并采用数值仿真的方法推演了6 mm厚高强钢板的极限抗震塌性能。结果表明：(1)与普通Q345钢板相比,采用高强钢板作为背板能够有效提高靶标的整体抗震塌能力;(2)通过对比靶标裂缝的数量、测点微应变、爆坑深度、塑性位移以及整体破坏程度可以看出,高强钢板的厚度对靶标的抗震塌能力影响较大;(3)与2号靶标相比,高强钢板作为背板的5号靶标混凝土、钢板用量均减少了25%,塑性变形和混凝土板的破坏程度、范围却明显减小,表明钢筋混凝土板和6 mm厚高强钢板复合后具有更好的抗震塌效果,其相当不震塌系数约为0.186。     

装配式轻型钢管混凝土框架-不同构造内藏钢板组合墙结构抗震试验

为提高村镇住宅的抗震性能,提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构。该结构由轻型钢管混凝土框架和内藏钢板组合墙组成。为研究不同构造内藏钢板组合墙对该结构抗震性能的影响,进行了4个足尺试件的低周反复荷载试验,比较了试件破坏特征、承载力、滞回性能、刚度退化、耗能能力等。采用“混合拉-压杆模型”对内藏钢板组合墙进行简化,并基于OpenSEES软件对轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构进行推覆模拟。研究表明：内藏钢板组合墙可显著提高钢管混凝土框架的承载力;钢筋暗支撑提高了内藏钢板组合墙的承载力,减缓了刚度退化并增加了耗能能力;“混合拉-压杆模型”较好地考虑了内藏钢板混凝土组合墙的受力特性,计算结果与试验结果吻合较好,可用于此类组合墙受力分析。     

爆炸荷载作用下砌体墙碎片分布分析

正确预判结构在不同爆炸事件中可能产生的碎片分布特性,对提高结构的抗爆安全性和减轻爆炸灾害具有重要意义。基于连续损伤力学和裂缝微观发展理论,进行了砌体墙在爆炸荷载作用下产生的碎片尺寸分布分析,得到了概率密度函数;根据空气动力学原理,计算了碎片形成后的抛射轨迹和抛射距离,并进行概率统计分析,得到不同爆炸工况下碎片的概率密度函数。数值分析结果表明:碎片尺寸分布符合广义极限分布规律;碎片抛射距离的分布因比例距离不同而有所不同;比例距离较小时,抛射距离的分布符合广义极限分布;比例距离较大时,抛射距离分布符合指数分布;碎片尺寸的均值和方差均与比例距离呈线性关系;抛射距离的均值和方差与比例距离之间的关系可用波尔兹曼方程表示。     

内部爆炸作用下地铁车站的动力响应分析

随着我国城市化水平的不断提高,地铁的建设得到了大力发展。地铁车站的安全防护问题成为国内外关注的热点。本文应用LS-DYNA程序建立了北京比较典型的二层地铁车站有限元模型,通过数值模拟方法分析当此车站站台上发生内部爆炸时,车站内部的爆炸波超压曲线以及地铁车站中柱的动力响应,得出如下结论:1)随着炸药离地面高度的降低,由地面的反射波引起的第二次峰值越来越大;2)车站中柱与楼板之间的节点是抗爆的薄弱部位,在进行地铁车站抗爆设计应充分考虑;3)炸药位置和炸药量的变化对中柱上的有效应力、速度、加速度有一定影响。上述结论将为地铁车站的抗爆设计提供参考。     

重要建筑结构抗恐怖爆炸设计爆炸荷载取值探讨

由于爆炸过程的不稳定和爆炸测试的不确定性，由已有的预测爆炸荷载的经验公式和图表所得到的爆炸荷载存在较大差异，不便于工程应用。在查阅了各国抗爆规范和大量文献，搜集了大量已有的经验公式和图表的基础上，分析和计算了不同比例距离下的反射超压和假想比例持续时间。运用统计学方法求得各比例距离下具有90%保证率的反射超压和假想比例持续时间，拟合得到了爆炸荷载反射超压及假想比例持续时间与比例距离的关系曲线，可用于确定建筑结构抗爆设计的爆炸荷载取值。拟合公式确定的爆炸荷载参数稍大于人防规范和UFC规范中的规定取值，偏于安全，较为合理。     

建筑抗爆研究中超压的分布特征及确定方法

爆炸超压是描述爆炸荷载的重要指标,不同方法的超压计算结果具有较高的离散性。通过分析试验数据图表拟合确定入射超压与反射超压关系的反射系数计算式,搜集转化得到大量爆炸超压理论计算公式与爆炸试验数据,从而对爆炸超压在不同比例距离下的分布特征进行分析。研究结果表明:当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从指数分布;当比例距离大于0.5m/kg1/3时,爆炸超压概率密度服从正态分布。当比例距离小于0.5m/kg1/3时,爆炸超压变异系数达最大值1,比例距离在1.5～6.0m/kg1/3之间时,变异系数较小,在0.13～0.2m/kg1/3之间;反射超压变异系数较入射超压略大。依据不同比例距离下爆炸超压分布期望数据,拟合得到爆炸超压的计算公式与具有95%保证率条件下的爆炸超压分布范围计算公式。     

基于能量集聚原理的全泄爆间室型结构内爆炸荷载计算

全泄爆间室型结构（简称“全泄爆间室”）内发生爆炸时,冲击波峰压值和冲量值因其在结构内多次反射而增高,精确计算非常困难,为此,进行了大量的试验研究。根据试验波形和数据可知,室内受约束空气冲击波不断反射、冲击,成为能量不断集聚的合成波和密齿形集团冲击波,从而增大了间室内爆炸破坏力。基于能量集聚原理,引进能效系数η,以ηQ表示增大的爆炸药量,并用试验数据控制精度,提出了全泄爆间室结构内爆炸荷载计算方法。     

管道内预混气体爆炸的波形演化特征及超压预测模型

综合采用数值模拟、理论建模和实验验证方法,开展了平直管道内气体爆炸超压的预测方法研究。研究分析发现：爆炸波可以分为三种类型,即爆轰波、高速爆燃波和缓燃波,而且爆炸波形能够反映火焰燃烧和爆炸超压之间的关系,典型的爆炸波包含前驱冲击波、火焰压缩波和稀疏波三个部分。前驱冲击波的超压随着爆炸的传播不断增大,其与距离的关系可以用线性函数表征,火焰压缩波形成的第二次峰值超压与传播距离的关系也可以用线性函数表征,但其波形可以用指数函数表征。最后,实验验证了本文提出的爆炸波形函数的正确性,其可以很好地预测爆炸超压演化,而且与数值模拟结论基本相同。研究成果可以为管道或巷道内可燃气体爆炸超压预测及破坏评估提供理论依据。     

Large deflection behavior effect in reinforced concrete columns exposed to extreme dynamic loads

Reinforced concretes (RC) have been widely used in constructions. In construction, one of the critical elements carrying a high percentage of the weight is columns which were not used to design to absorb large dynamic load like surface bursts. This study focuses on investigating blast load parameters to design of RC columns to withstand blast detonation. The numerical model is based on finite element analysis using LS-DYNA. Numerical results are validated against blast field tests available in the literature. Couples of simulations are performed with changing blast parameters to study effects of various scaled distances on the nonlinear behavior of RC columns. According to simulation results, the scaled distance has a substantial influence on the blast response of RC columns. With lower scaled distance, higher peak pressure and larger pressure impulse are applied on the RC column. Eventually, keeping the scaled distance unchanged, increasing the charge weight or shorter standoff distance cause more damage to the RC column. Intensive studies are carried out to investigate the effects of scaled distance and charge weight on the damage degree and residual axial load carrying capacity of RC columns with various column width, longitudinal reinforcement ratio and concrete strength. Results of this research will be used to assessment the effect of an explosion on the dynamic behavior of RC columns.