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爆炸沖擊荷載下玻璃幕墻建筑抗爆研究
來源:本站    日期:2018-01-26    瀏覽量:549      
1.玻璃幕墻抗爆研究與分析方法

應力波作用于構件會使其內部產生復雜的應力區域并發生局部破壞,最終導致其承載力能力嚴重降低,因而考慮應力波在構件內的傳播特性是至關重要的。

目前,玻璃幕墻的抗爆研究與分析方法主要有以下三利,:解析方法、實驗方法和數值模擬分析法。
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1.1解析方法

通常是采用基本的應力波理論、材料力學、固休力學、彈塑性力學和能量原理等基本力學原理對結構進行分析。目前,國內還沒有相關技術和規范介紹玻璃幕墻的抗暴計算方法,但有時又需要定量的計算來驗證設計的正確與否。為此,常采用簡化的分析方法以此得到比較合理的分析結果,其簡化如下:①根據爆炸力的特征,幕墻的支撐結構可以考慮按照彈塑性力學進行分析;②框架構件和豎權、橫嵋等配件的受力采用靜荷載的方法進行簡化;③可以考慮用直線來代替沖擊波隨時間的變化過程,如圖1所示。(其中PQ為標準大氣壓AP+為沖擊波超壓;t+為沖擊波正壓作用時間)。

基于上述簡化計算準則,己有很多研究學者將玻璃幕墻簡化成等效單自由度模型。Krauthamruer和Altenberg曾采用單自由度模型對爆炸沖擊波負壓在玻璃面板上的作用效應進行了分析。除此之外,還有研究人員采用板殼動力理論對其性能進行研究。高軒能等采用彈性薄板振動理論研究了框支承玻璃在爆炸沖擊荷載下的動力響應及防爆距離。雖然解析方法以較為簡潔的形式給出有關物理量之間的關系,但是由于爆炸空氣沖擊波荷載、材料本構關系和邊界條件的復雜性,在實際應用中會受到很大的限制,只能運用到極少數簡單問題中。

1.2實驗方法

通過開展足尺寸的沖擊波實驗,可以觀察到玻璃幕墻在真賣爆炸沖擊荷載下的反應?;謔笛槭蕕淖酆戲治?,可以得到其真實的抗爆性能。常用的玻璃爆炸沖擊波實驗方法一般有兩種:①距離實驗,試驗組件對己知特性炸藥的沖擊承受能力;②激振管實驗,在特意建造的小室內瞬間釋放高壓氣流產生沖擊波。實際工程中常選用距離實驗方法,該方法簡便,并在一定程度上滿足了工程需要。陳峻等采用距離實驗方法對玻璃幕墻進行了沖擊波試驗,并具體介紹了距離實驗的實施方法。雖然實驗研究真實再現了構件在真實荷載下的性能,但是隨著對沖擊問題的深入研究,該方法己無法達到計算精度的要求。

1.3數值模擬分析法

數值模擬分析法避免了實驗方法的危險性和昂貴性,其靈活性和可重復性加快了設計周期,降低了設計成本。在抗爆結構動力分析中,常用的抗爆分析軟件有以下種:ABAQUS.LS一DYNAIDYNA3D和AUTODYNA等。目前,傳統數值模擬分析存在以下兩個問題:①沒有考慮爆炸荷載和幕墻結構的流固禍合計算;②對玻璃與周圍部件連接作用進行了諸多簡化,分析模型多僅限于玻璃面板。這使得模擬結果難以真實反應復雜幕墻系統中玻璃的爆炸響應情況。針對上述問題,鄧榮兵等利用罰函數,用ALE有限元法進行了爆炸荷載與幕墻結構禍合作用的三維動態仿真。隨著計算機技術的不斷發展以及計算方法的逐步改進,數值模擬分析法在解決爆炸問題中正發揮著日益重要的作用。
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