爆炸现象的详细调查和他们的灾难性影响现有结构是本文的主要目标。众所周知,爆炸现象可能具有很大的复杂性,往往涉及复杂的波传播的影响以及区分材料的行为。考虑以上,为了提供一个简化的爆炸影响的仿真建模方法,一种新颖的过程是在此基础上提出完善的方法和常见的工程实践。在上面的框架,首先,“主要”估计是基于弹性变形的形状结构有限元模拟爆炸载荷下的结构响应的系统评估结果共同计算梁单元的工具,如基于推覆分析。拟议的方法提供了一个直接第一估计爆炸载荷下的结构行为,基于熟悉的工程过程。钢筋混凝土桥是一个双跨度彻底调查结果提供有见地的信息关于破坏模式和定位。
一个b年代tr一个ct>虽然爆炸现象被视为重要的严重程度和潜在的社会经济影响,当局最近才意识到必要性制定一个集成的设计和评估保护框架。建模的影响,这些现象在结构上很苛刻,要求高度复杂的模拟包括先进的材料本构模型。这些程序的资源——而且耗时。另一方面,缺乏简化程序,可以实现通过练习工程师利用常见的计算工具。简化过程,提出了基于共同分析和计算工具,将提供一个初步但可靠的估计爆炸影响桥梁的结构完整性。
gydF4y2Ba爆炸的短期动态事件生成动态压力波传播径向从源在空间,令人兴奋的动态响应的结构中遇到他们的路径。压力作用于影响表面脉冲加载,传授大量的势能集damage-causing振动的结构。
gydF4y2Ba作用于结构的各种负载在其有生之年(自然的或人造的)具有(
在本节中,一个两步简化方法对结构提出了爆炸影响的评估和实施。主要范围是提供一个近似但可靠的工具,即时估计上述基于完善的工程设计和评估策略的影响。根据方法,相应的<我t一个lic>
主要的变形形状我t一个lic>初步估计是基于一个简化的弹性分析作为位移加载模式详细集中塑性梁单元计算模型的桥
gydF4y2Ba因此,基于变形形状模式获得的初始步骤,一个基于推覆分析是进行一个详细的梁单元计算模拟。集中塑性甚至脆性破坏(
让时间被定义的参考起点设置在爆炸的瞬间(<我nline-formula>
gydF4y2Ba在时间<我nline-formula>
gydF4y2Ba同样的事情持有时间情况下,<我nline-formula>
gydF4y2Ba接触点的集合,同时加载自动评估通过计算他们的归一化距离源基于假设冲击波的发展在恒定速度径向(几何距离和数量的爆炸性物质相结合计算归一化距离;然后介绍了压力的对应关系计算每一点在给定的时间)。如图
gydF4y2Ba波前计算的速度从以下方程(非政府组织et al。
gydF4y2Ba每个表面感到的压力的大小取决于其位置相对的方向进化的波前。位于表面波传播的前沿接收反射的压力,而压力(图有关的所有其他表面接收
gydF4y2Ba以这种方式计算的压力作用于结构的不同,现在的问题是减少到一个经典的结构动力学问题可能解决数值使用建立过程(例如,与有限元素);每个有限元的边界躺在周边的结构是由一个时变压力加载功能取决于它源的距离。必须计算的数据量正比于结构的规模和复杂性,因此通常需要巨大的计算能力结构。来处理这个问题,在目前的调查,一组几何轨迹代表前进的半球形波前的交集确定结构在不损失精度。基于连续时间接触模式与图中所示的桥梁
加载表面分离柱和桥面球形冲击波的传播模型。
有限元弹性分析与单片连接的基牙和中央码头。(a和b)加载表面波过渡的结构模型。(c和d)结构的变形状态的快照在中心周围的甲板和弯曲位移响应峰值。
在本节中,提出了一种简化的方法快速评估爆炸影响的基础上,利用常见的分析工具。一般来说,爆炸影响等复杂现象与重大需求建模和分析方法的计算成本。问题的动态特性,结合先进的材料本构特性,将驱动和非常大的极其复杂的有限元模型的节点数量,大量计算成本,和可疑的结果(例如,收敛性问题在非弹性有限元分析)。基于上述简化,易于使用的方法是在此为了降低计算成本,同时基于广泛使用的软件包提供可靠的解决方案。提议的方法的核心是定义的主要变形形状结构在冲击波下然后继续普通推覆分析基于简化,普通结构梁单元模型与集总特性。整个方法可以归纳为如下步骤:
根据本文提供的理论背景(部分
评估所有关键组件的结构行为(列和梁)的实现建立分析方法(即。、moment-curvature截面图、剪切和轴向拉力/压缩极限强度值)。上述值将被用作输入到集中塑性梁单元模型,同时将形成失败/收益率标准的选择一个有效的变形模式在下一步的有限元模型。应变速率现象应该也考虑在此对混凝土和钢铁,基于部分的规定
生成有限元模型(简化或详细),通过弹性分析工具的实现,找到主要的变形形状结构由于冲击波效应的动态位移响应峰值。详细的三维有限元建模方法提出了部分
使用前面步骤的评估主要变形形状,进行传统的基于在一个简化的推覆分析梁单元结构模型和集总特性。详细的部分属性和相互作用是需要纳入模型中,基于普通结构建模策略(步骤(b))。在任何情况下,由此产生的总力应该等于或小于最大估计从有限元模型中提取的作用力。
实施该方法的一个关键问题是估计的代表,主要变形的形状结构,诱导爆炸加载下。出于这个原因所定义的“主要”变形形状的弹性变形状态的结构系统脆性破坏或产生的选择之前,重要的稳定性、结构组件。考虑感应负载的严重性和相应的即时脆性失败关键结构组成,上述变形形状近似通常提供代表沿结构的力分布模式。注意当地的爆炸载荷下的结构元素是罕见的,而脆性破坏模式通常是破坏的主要模式。根据前面的,预期的故障特点的基础上每个桥的关键结构部件(例如,剪切破坏、轴向力或力矩容量),弹性变形形状的提取实现有限元计算研究。结构系统在检测(后张混凝土桥),控制整个反应的关键部件是后张梁以及中央弯曲列和系统的主要变形形状描述了数据
因为它已经在部分
gydF4y2Ba考虑到这个问题在调查中被减少到一个模型组成的典型框架元素,适当的非弹性铰链属性为每个模型的结构部件进行评估。基于著名的结构工程评估,各种可能的本构行为(脆性或韧性)建模分析为每个现有的关键组件(剪切和轴向压缩/紧张的终极力量,moment-axial负载交互图、集中塑性铰moment-rotation信封,和塑性铰长度和moment-curvature关系成员部分需要详细的理想化模式)。这种方法的目的是量化的程度损伤值建立了应力和应变的角度在桥的关键元素(图
分析结果为案例与固定支持:单片连接的基牙和中央码头(获得使用非线性静态分析)。
从推覆分析结果发现塑料铰链形式迅速的结构,最直接的是那些在顶部和底部的两个码头列。在进一步检查值估计得出列会失败的剪切和轴向拉力(向上的压力应用于底部甲板)的弯曲屈服后的成员。考虑的脆性估计的故障模式,预期损失列可以广泛的根据冲击波的强度。除此之外,形成一个连续的塑料铰链在不同的结构观察,由于垂直分量在整个跨度的冲击波。牙和中央码头附近的甲板梁达到剪切破坏了一个广泛的跨度的部分;没有观察到弯曲故障中跨表明剪切破坏先于弯曲模式直接导致非比例破坏和倒塌。
gydF4y2Ba考虑的情况下,很明显,与普通地震相比,爆炸行为诱导过度负荷分布基于显著不同模式在上层建筑和子结构的元素。早期的轴向拉力和剪切脆性失败主宰整个系统的反应,而弯曲屈服现象,这通常被认为是地震设计实践的关键似乎是次要的。
gydF4y2Ba基于上述,很明显,常见的地震设计和详细实践不包括爆炸行动,随着开发机制明显不同于那些被认为是在常规荷载组合包括地震。因此,应该强调的是,现有的基础设施元素的设计是基于普通结构/地震设计实践和规定容易受到重大爆炸加载,需要采取额外措施(主动或被动保护)为了确保这些桥梁的结构完整性的系统可以被认为是在紧急情况下连续的关键功能。
年代ec>年代ec>一个简化建模过程的快速评估提出了爆炸荷载对桥梁的影响。一阶估计的方法是一个多功能的工具爆破爆炸对结构的影响,否则将需要一个广泛而复杂的非线性时程分析。第一次数学描述的进化压力波阵面在空间和时间来定义与结构表面暴露的位点。这使定义的压力迫使功能结构。这是应用上使用线性动态分析的详细弹性有限元模型来确定主要结构位移概要文件。变形被规范化的峰值响应,开发一个形状函数的桥梁结构在极端的取代反应。确定位移模式被应用于非线性结构的框架模型。通过这个造型的选择,非线性静态分析是可能的在降低计算成本与非线性有限元三维实体造型仍然是,今天,非常耗时且计算无法使用时进行时间的历史调查完成结构;原因是缺乏相关的非线性循环砖FE模型适合造型的三维实体钢筋混凝土结构的现实的复杂性,而脆弱的非线性造成不可逾越的收敛问题,三维实体有限元模型。框架模型受到确定的位移模式,强度是逐渐增加位移水平确定的弹性分析。 Note that the concepts used are extended from earthquake engineering where performance is established from a displacement-based pushover analysis up to the anticipated level of displacement demands. Nonproportional damage is the characteristic consequence of surface, near field explosions such as the example considered in the present study for a two-span typical highway overcrossing. It was found that axial tension as well as shear failure in the columns and deck owing to the excessive displacements caused by the blast having the intensity examined would lead to catastrophic collapse of the bridge. Clearly, blast actions induce severe loads on the structure which are distributed based on different patterns along the superstructure and the substructure elements. Considering that conventional structural and earthquake design fails to provide a solid framework against blast actions, additional measures are necessary to be implemented (e.g., active or passive protection of the system). Based on the simplicity and the reduced computational cost, the proposed method could form the basis for future investigations of blast phenomena as it is intended for a fast assessment procedure of structures subjected to accidental explosions.
年代ec>作者宣称没有利益冲突。
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