基於破壞模式擬合方法的地下結構爆炸損傷評估

《基於破壞模式擬合方法的地下結構爆炸損傷評估》是依託天津大學，由黃鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於破壞模式擬合方法的地下結構爆炸損傷評估
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃鑫
• 依託單位：天津大學

項目摘要

近期捷運、礦井等地下生產和公用設施的安全問題逐漸凸顯，爆炸載荷下地下結構的回響和損傷課題是研究這類問題的關鍵點，其中集合了爆炸載荷、土壤與結構相互作用、和結構非線性動態回響等豐富的力學內涵。以往成果大多使用等效單自由度系統或特定有限元模型，造成計算精度不足或效率偏低，不能滿足快速評估損傷的要求。本項目擬研究內部和外部爆炸情形下土壤與結構之間的相互作用機理（SSI），改進經典破壞模式擬合方法，建立地下結構爆炸損傷評估體系。該體系包含結構易損評價圖，地下結構單元和整體結構的損傷評估方法，並且可以利用程式根據損傷結果反算爆炸載荷，對評估和設計工作有較高的參考和實用價值。項目中將研究土壤動態密度變化等因素在波傳播問題中的特性，針對爆炸載荷提出適用於地下結構的SSI模型，深入探討邊界條件和複合破壞模式對結構損傷的影響，為今後研究地下結構抗爆課題打下堅實的理論基礎。

結題摘要

隨著國民經濟的飛速發展，捷運、地下商場、礦井等地下生產或公用設施的安全問題逐漸凸顯出來。爆炸載荷下地下結構的回響和損傷課題是研究這類問題的關鍵點，集合了爆炸載荷、土壤與結構相互作用、和結構動態回響等豐富的力學內涵。以往的成果大多局限於使用等效單自由度系統或建立特定有限元模型，其計算精度不足或效率偏低，不能滿足快速評估損傷的要求，且不能對設計工作提供有效參考。本項目擬從爆炸波在土壤中的傳播特性入手，通過解析解、數值模擬方法和試驗結果相結合的方式，研究內部或外部爆炸情形下土壤與結構之間的相互作用機理，完善經典破壞模式擬合方法，建立起針對地下結構受到爆炸載荷時的損傷評估體系。該體系包含地下結構單元和整體結構的損傷評估方法，並且可以根據損傷結果反算爆炸載荷，對評估和設計工作有較高的參考和實用價值。 通過本課題的研究，目前已經建立了針對地上與地下結構梁單元和板單元的抗爆損傷計算模型，並且能夠考慮非線性的土壤與結構之間相互作用。外部爆炸時，該作用可簡化為均布在構件上的阻尼作用，內部爆炸時，該作用可簡化為均布在構件上的彈性支撐作用。基於破壞模式擬合方法的理論解也與相關數值模擬和試驗做了對比，對比結果表明基於理論解繪製的P-I曲線與數值模擬結果誤差在可接受範圍以內，而數值模擬結果與試驗結果非常接近。因此，採用本課題的結果可以對受到爆炸載荷的地面及地下鋼筋混凝土結構梁和板單元進行快速損傷評估。