近爆冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱的损伤效应研究

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1、近爆冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱的损伤效应研究DamageeffectsofH-sectionsteelcolumnsubjectedtothecombinedeffectofclose-rangeblastandfragments学科专业：土木工程作者姓名：张浩指导教师：田力副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

2、天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年

3、月日签字日期：年月日摘要近年来，世界各地恐怖袭击事件、局部战争和爆炸事故频发，以往暴恐袭击目标主要针对军事及政府建筑，近年来逐渐向普通民用建筑发展。钢结构在普通民用建筑中应用日益广泛，钢柱作为钢结构的主要承重构件，其抗爆能力直接关系着整个结构的抗爆水平。因此研究钢柱的抗爆能力具有重要的现实意义。本文运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片联合作用下的损伤破坏。主要研究工作和成果如下：（1）建立了由炸药、破片、空气、钢柱和刚性地面5部分组成的数值模型，通过对装药驱动金

4、属平板、爆炸冲击波对钢板作用、联合载荷对钢板作用进行数值模拟，将其结果与理论公式和试验数据进行对比分析，验证了耦合算法、接触类型和本构模型的合理性。（2）对比分析了H型钢柱在不同载荷作用下动力响应的差别。研究表明：冲击波和破片群的破坏机理不同，冲击波主要引起钢柱的挠曲变形，而破片群主要为局部侵彻破坏。联合载荷作用比二者单独作用时线性叠加的破坏效果还要严重，说明破坏作用具有叠加增强效应。在近爆联合载荷作用下，钢柱首先受到冲击波的作用，而后受到破片群的冲击作用。（3）研究了近距爆炸冲击波和破片联合作用下

5、各参数对H型钢柱动力响应的影响。研究表明：抗爆设计时，应合理选择钢材强度等级，而不应盲目选择高强度钢材；通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大；在相同用钢量下，圆管型截面钢柱的抗爆能力最好，H型截面次之，箱形截面最差；为提高钢柱抗爆能力，应尽量选择翼缘宽度与腹板高度比值小于等于1的截面类型，较厚的腹板厚度、较小的高厚比和较小的宽厚比都有利于提高钢柱的抗爆能力。（4）研究了近距爆炸冲击波和破片联合作用下荷载参数因素对H型钢柱抗爆性能的影响。研究表明：在钢柱抗爆设计时应将炸药量作为主要考虑因素；比例

6、距离公式中随着距离因素R的增加，对钢柱的破坏作用呈现趋同的效果；随着炸药量的增加，其破坏作用并不是简单的线性增长，破坏效果具有加速增大趋势；炸药高度对钢柱抗爆性能的影响差异化明显；在钢柱抗爆设计时，对钢柱施加的轴向压力应有所限制，轴压比不宜大于0.4；外粘CFRP材料对H型钢柱能起到良好的防护效果。关键词：近爆，冲击波，破片，联合作用，H型钢柱IABSTRACTInrecentyears,terroristattacks,localwarsandexplosionshavefrequentlyhap

7、pendinvariouspartsoftheworld.Thetargetsofterroristattacksweremilitaryandgovernmentbuildingsinthepast,butthetargetsaregraduallychangedtotheordinarycivilbuildingsinrecentyears.Asthesteelstructureiswidelyusedinthecivilconstruction,steelcolumnwasreargedast

8、hemainbearingstructureandit’santi-explosiveabilityisdirectlyrelatedtotheentirestructure’santi-explosivelevel.Therefore,itisofgreatpracticalsignificancetostudytheanti-blastabilityofsteelcolumn.Inthispaper,ANSYS/LS-DYNAsoftwareisusedtosim