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大跨空间结构通常作为重要公共建筑的屋盖结构,易于成为恐怖破坏的目标;因此,在设计中应合理考虑爆炸荷载的效应,并采取防御措施,以大幅度减少爆炸袭击带来的危害。申请者以前期研究为基础,对大跨空间结构在爆炸荷载下的失效机理及防御措施开展研究,着重解决以下关键理论问题:(1)研究大跨空间结构在爆炸荷载下的冲击波压力场分布规律,提出冲击波压力场分布的理论模型;(2)研究大跨空间结构在爆炸荷载下的响应特征及其失效模式,揭示其失效机理;(3)提出大跨空间结构的抗爆设计思路,提出适用于工程设计的实用爆炸荷载模型和结构分析方法,研究大跨空间结构的泄爆措施。通过本项目的研究,为大跨空间结构的工程设计提供扎实的理论基础和技术保障,适应当前空间结构快速发展的需要。
大跨空间结构往往是一个地区或区域的标志性建筑和人流密集场所,易于成为恐怖袭击的目标,研究该类建筑在偶然爆炸/冲击下的结构破坏机理,并提出合理可行的防御措施建议,具有重要的意义及应用价值。本课题在此背景下,开展大跨空间结构抗爆领域的系列研究,从材料在高速作用下本构模型、大跨度屋盖结构在爆炸下的压力场分布规律、网壳结构在爆炸荷载下的响应及防御措施,及大跨空间结构抗爆风险评估方法等五个方面均进行了探索,初步形成了大跨空间结构抗爆研究的理论框架。课题取得的具体成果包括: 开展六组Q235B钢材的系统材性试验:室温到950°C下的单向拉伸试验;室温下应变率从8.33x10-4 s-1到1.667x10-2 s-1下单向拉伸试验;SHTB试验;不同缺口试样拉伸试验;室温下试样扭转试验;室温下圆柱试件的单向压缩试验。通过试验研究了Q235B钢的塑性流动行为、延性及不同应力三轴度下的断裂应变。使用这些试验数据拟合标定了经典Johnson-Cook本构模型和失效准则中的待定参数;为了改进预测结果提出了改进J-C本构和失效模型。该系列试验及研究成果可为今后民用建筑钢结构抗爆/抗冲击的分析提供基础性数据。 通过数值分析方法研究了两类大跨度屋盖在爆炸荷载下的压力场分布。应用ANSYS/LS-DYNA建立合理的有限元模型,实现大跨度屋盖结构在爆炸荷载下压力场的分析。研究了球壳结构、大跨度平屋盖结构的压力场分布规律,讨论了炸药等效当量、位置等参数对压力场分布的影响。对于大跨度平屋盖体系的超压场进行了简化,提出了简化的数学模型,对于工程应用能够提供参考。 系统开展了网壳结构在爆炸荷载下的响应及破坏模式研究。系统研究了K8型单层球面网壳在内部偏心爆炸下的响应及失效模式,分析了各种炸药及结构参数对结构响应的影响规律;分别应用流固耦合算法与基于CONWEP算法,对网壳结构在外爆荷载下的响应开展数值分析,同样获得了各种炸药及结构参数对结构动力响应的影响。最后,基于模爆器试验装置,较为精细地设计了试验模型,为后续试验工作开展奠定了良好基础。 对爆炸荷载下网壳结构的防护措施,包括墙体开洞的泄爆效果,屋面板的选择,杆件加固方法等进行研究并提出防护设计建议。探讨了建筑结构爆炸概率风险评估的方法和步骤,并给出一种评价抗爆防护措施有效性的方法。 2100433B
破坏机制:破坏的体制或体系,比方土体破坏机制是分弹性段、应变硬化段、应变软化段,这个是体系的破坏。 破坏机理:破坏的理由和道理,比方土体破换机理是土内剪应力超过土的抗剪强度。 个人认为是这样的。
硬化后的混凝土在未受外力作用之前,由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起砂浆体积的变化,在粗骨料与砂浆界面上产生了分布不极不均匀的拉应力,它足以破坏粗骨料与砂浆的界面,形成许多分布很乱的界面裂缝。另...
破坏荷载F=受压面的面积*抗压强度标准试块为15x15x15CM立方时,抗压强度等于破坏载荷除以试件面积, 单位为 MPa。采用非标准试块时要乘以换算系数,分别是:边长10cm 的立方体试件为0. 9...
大跨空间结构论文
大跨空间结构新体系概论 1.张拉整体结构 张拉整体结构 (tensegrity system)的概念最早是由美国著名建筑师富勒在 20世纪 40年代提出的。 所谓张拉整体体系就是一组不连续的压杆与一组连续的受拉单元组成的自支撑、自应力的空间 平衡体系。这种结构体系的刚度由受拉索和受压单元之间的平衡预应力提供,在施加预应力之 前,结构几乎没有刚度,并且初始预应力的值对结构的外形和结构刚度的大小起着决定作用。 富勒认为宇宙的运动是按照张拉整体的原理运行的,万有引力是一种平衡的张力网,而各个星 球是这个网中互相独立的受压体。自然界中总是趋于有孤立的压杆所支撑的连续的张力状态, 大自然符合“间断压连续拉”的规律,我们一定能制造出基于这个原理的结构模型。 在张拉整体结构体系的发展中,多面体几何构成了张拉整体几何研究的基础,结构拓扑的研究 完善了张拉整体体系的形态学内容,特别是过去的十多年中,力学方法
大空间柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应
大空间柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应——通过应用I.S DYNA程序对柱面网壳结构室内爆炸的数值模拟实验,建立了大空间结构在爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。数值模拟计算结果与J.亨利奇公式结果吻合。通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其...
本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景,结合实验研究和数值模拟为手段,从玻璃和胶片材料层面系统性研究结构玻璃的材料性能并拓展到结构层面的玻璃结构的冲击破坏机理和耗能规律,提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征。开发了基于组合有限元-离散元理论、考虑夹层玻璃材料和胶合面耦合脱胶行为、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型。通过实验观察和数值模拟,揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理,阐述不同设计参数(玻璃类型、玻璃层数、胶层厚度和类型、支撑条件、玻璃厚度比)和玻璃面板开裂顺序对冲击承载力的影响,研究夹层玻璃在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别,提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。推导玻璃结构抗冲击承载力模型,构建玻璃结构抗冲击设计方法。
批准号 |
10572024 |
项目名称 |
钢筋混凝土在冲击载荷下的破坏机理研究 |
项目类别 |
面上项目 |
申请代码 |
A1202 |
项目负责人 |
孙远翔 |
负责人职称 |
副教授 |
依托单位 |
北京理工大学 |
研究期限 |
2006-01-01 至 2008-12-31 |
支持经费 |
40(万元) |
本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景,以玻璃结构为对象,以提高抗冲击安全性为目标,以组合有限元-离散元、材料力学、冲击力学理论为基础,以实验研究和数值模拟为手段,以基础性研究为特色,以结构玻璃的材料性能和玻璃结构的冲击破坏为锁定研究内容,提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征,开发基于组合有限元-离散元理论、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型,推导玻璃结构抗冲击承载力模型,构建玻璃结构抗冲击设计方法;通过实验观察和数值模拟,揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理,阐述不同设计参数和冲击模式对冲击承载力的影响,科学认识在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别,提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。本项目既有鲜明的学术前沿性,也有显著工程应用意义,可为玻璃结构设计提供科学的理论支撑。