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建筑物周边设置防爆墙,可以有效地减轻爆炸冲击造成的结构损伤,是网壳结构防恐怖爆炸袭击的重要措施之一.为此,本文以有限元软件LS-DYNA为分析平台,针对带防爆墙K8型单层球面网壳的抗爆防御性能进行数值模拟研究,并对网壳结构在爆炸荷载下的动力响给予理论支持。
具体内容如下:
(1)以总参工程兵科研三所的防爆墙爆炸试验结果为基础,对设置防爆墙时爆炸冲击波的传播规律进行有限元建模及数值模拟,获得了设置防爆墙情况下爆炸冲击波的超压全过程时程,并分析了爆炸冲击波作用于障碍物的传播过程及规律.结果显示:超压时程数值模拟结果与试验吻合较好,反射峰值超压和绕射峰值超压的最大误差控制在20%以内,说明本文有限元数值模拟中采用的流固耦合ALE(Arbitrary-Lagrange-Euler)算法,材料模型,状态方程及其参数等设置,用来分析防爆挡墙对爆炸冲击波的影响是可行的.
(2)为获得防爆墙设置下网壳结构的抗爆性能,并考察防爆墙的相关参数设置对结构动力响应的影响规律,建立了跨度为40m,分频数为6的精细化K8型单层球面网壳模型,并在网壳外侧1~5m范围内设置防爆墙。
对设置防爆墙时爆炸冲击波的传播规律进行了有限元模拟和试验结果验证,从而确定流固耦合算法数值模拟的适用性;建立了包含网壳杆件,檩托,檩条,铆钉和屋面板的40m跨度K8型单层球面网壳在外部爆炸荷载作用下的精细化有限元模型,提取结构在设置防爆墙时的动力响应结果。
考察了防爆墙高度,位置和网壳矢跨比对结构动力响应的影响程度,总结了防爆墙及结构参数对冲击波绕流效应及冲击波在防爆墙与建筑物间反射效应的影响规律,提出存在防爆墙危险高度情况并给出具体数值,为指导大跨网壳结构合理的抗爆防御设计提供参考依据.