可燃气体爆炸作用下污水涵道盖板结构破坏效应研究

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污水涵道往往容易聚积可燃气体,极易发生气体爆炸事故,从而对污水涵道的结构造成破坏,引起严重的人员伤亡和财产损失。当前学者主要采用TNT炸药来研究建筑物结构的破坏,而气体爆炸与炸药爆炸两者机理上的差异导致在准确描述气体爆炸荷载对建筑物结构破坏作用规律方面仍存在一定的偏差,需要进一步深入研究。为此,本文借助ANSYS/LS-DYNA软件建立数值模型,在可燃气体爆炸荷载固定的情况下开展了不同盖板参数(厚度、混凝土强度、钢筋间距)条件下可燃气体爆炸作用对污水涵道结构破坏影响的研究,主要研究结论如下:(1)研究了不同盖板厚度(0.08 m、0.09 m、0.10 m、0.11 m、0.12 m)对爆炸荷载下污水涵道结构破坏的影响,结果表明随着盖板厚度的增加,受力分析方面压力最小值表现为先增加后降低再增加又降低的变化趋势,最大主应力峰值表现出先降低后增加的变化趋势,等效应力峰值、最大剪应力峰值均表现为先升高后降低的变化趋势。在应变分析方面最大主应变峰值、有效塑性应变峰值均表现为先升高后降低的变化趋势。在破坏分析方面位移峰值逐渐增加,而速度峰值逐渐降低;厚度的增加会导致盖板的抗剪承载力增加,整体稳定性增强,抗爆性增强,碎片数量表现为逐渐减小的变化趋势。因此,在进行盖板设计的时候,可考虑适当增加盖板厚度。(2)研究了不同混凝土强度(C20、C30、C40、C50、C60)对爆炸荷载下污水涵道结构破坏的影响,结果表明受力分析方面压力最小值表现为逐渐降低的变化趋势,最大主应力峰值、等效应力峰值、最大剪应力峰值均表现出逐渐增加的变化趋势。在应变分析方面最大主应变峰值、有效塑性应变峰值均表现出先升高后降低的变化趋势。破坏分析方面的位移峰值和速度峰值均表现出了逐渐降低的变化趋势;碎片数量表现为先升高后下降再升高又下降的变化趋势。混凝土强度增加会导致盖板的受剪承载力增强,抗剪、抗弯能力增强,刚度和强度增加,约束塑性区域的发展,提高盖板抗冲击的能力和整体稳定性,最终提高盖板的抗爆性。因此,在进行结构构件设计时要优先考虑较高等级的混凝土,可提高构件的承载力、稳定性和抗爆性。(3)研究了不同钢筋间距(0.05 m、0.10 m、0.15 m、0.20 m和无钢筋分布)对爆炸荷载下污水涵道结构破坏的影响,结果表明受力分析方面压力最小值表现为先降低后增加再降低的变化趋势,最大主应力峰值逐渐上升,而等效应力峰值和最大剪应力峰值均发生了先上升再下降又上升的变化。在应变分析方面最大主应变峰值、有效塑性应变峰值表现为先增加后降低的变化趋势。在破坏分析方面位移峰值表现为逐渐增加的变化趋势,速度峰值表现为先增加后降低再增加的变化趋势;钢筋混凝土盖板内的含钢量和配筋率随钢筋间距增加而逐渐降低,使盖板的抗弯和抗剪性能降低,承载力降低,从而导致盖板的抗爆性能降低,碎片数量随着钢筋间距的增加表现为逐渐增加的变化趋势。减小钢筋间距对于提高盖板的抗爆性效果明显,因此在进行结构构件设计时,可以考虑减小钢筋间距来提高抗爆性。
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