地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式的研究

地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式的
研究
自从1968年英国公寓发生部分倒塌以来,连续倒塌已经成为土木工程中一
个重要的研究领域,在过去的几十年中,它吸引了众多专家学者对其进行研究。

然而,他们主要研究的是地上结构的连续倒塌,并取得了丰硕的成果,但对地下结构的连续倒塌却鲜有研究。

随着建筑用地的日益紧张,越来越多的建筑物转入地下。

由于地下建筑物受力复杂,一旦建筑物的某根关键构件发生损坏,会导致非常严
重的后果。

本文以爆炸动力理论、连续倒塌理论和地下结构的有限元法为基础,运用ANSYS/LS-DYNA软件,建立地下结构的三维模型,采用接触算法、侵蚀算法、流固耦合算法和应力初始化,对地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌机理及破坏模式进行了分析。

主要的研究工作及成果如下:(1)基于直接模拟法,提出了一种新的连续倒塌分析方法——改进的直接模拟法。

使用替代传力路径法、直接模拟法和改进的直接模拟法对地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌过程进
行分析,并将所得结果进行了对比。

结果表明:替代传力路径法高估了结构的抗连续倒塌能力,改进的直接模拟法能够准确模拟地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,它比直接模拟法更节约计算成本,便于工程应用。

(2)分别建立同一地下结构在内部不同位置爆炸的模型,以研究地下结构在
内部不同位置爆炸时的连续倒塌过程。

结果表明:地下一层结构柱被炸断引起的后果比同一位置地下二层结构柱被炸断时更严重;同一楼层,中柱被炸断引起的
后果最严重,边柱次之,角柱最小。

(3)分别建立同一层高不同埋深,以及同一埋深不同层高的地下结构内部相同位置发生爆炸的模型,以研究地下结构的层高和埋深对地下结构在内部相同位置爆炸时连续倒塌过程的影响。

结果表明:地下结构的层高变化对地下结构的连续倒塌影响不大,地下结构的连续倒塌进程随着埋深的增加而加快。

(4)基于简单边坡滑移理论,提出了地下结构在内部爆炸荷载作用下发生连
续倒塌以后地表上覆土塌陷半径的计算公式,并且通过数值仿真分析得到了验证。

所提出的计算公式为邻近建筑物的防倾斜和防连续倒塌设计提供了参考。

(5)通过研究不同工况下地下结构在内部爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,得出了地下
结构的连续倒塌模式。

本文研究成果可为地下结构的抗连续倒塌研究及其工程应用提供一定的参考。