剪力墻建筑物在強(qiáng)爆炸作用下的動(dòng)響應(yīng)研究

張大民，張 昆， 湯文輝?, 鐘 巍, 王澍霏

(1. 國(guó)防科技大學(xué) 文理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073；2. 西北核技術(shù)研究所，西安 710024)

以高層住宅和寫(xiě)字樓為代表的鋼筋混凝土(reinforced concrete，RC)剪力墻類(lèi)建筑在受到強(qiáng)爆炸沖擊波作用下，可能在不同區(qū)域處發(fā)生較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)破壞，造成重大人員及財(cái)產(chǎn)損失。因此，針對(duì)這一沖擊動(dòng)力學(xué)問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值模擬研究，特別是采用快速算法在第一時(shí)刻提供建筑整體的毀傷評(píng)估結(jié)果具有重要意義。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題開(kāi)展了廣泛研究[1-5]，具有代表性的數(shù)值方法為有限元方法(finite element method，F(xiàn)EM)、單自由度(single degree of freedom，SDOF)方法和多自由度(multiple degree of freedom，SDOF)方法。以L(fǎng)S-DYNA等商業(yè)有限元軟件為代表的FEM從梁、板等構(gòu)件層面出發(fā)，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)建模與單元?jiǎng)澐蛛x散，并考慮了RC建筑材料的本構(gòu)關(guān)系，狀態(tài)方程及復(fù)雜邊界條件的影響，最終得到豐富細(xì)致的計(jì)算結(jié)果。宋二祥等[6-8]采用LS-DYNA研究了強(qiáng)爆炸作用下某剪力墻建筑頂撓度隨載荷強(qiáng)度的變化關(guān)系及沖擊造成的地下室傾覆問(wèn)題。FEM的單元數(shù)往往在105量級(jí)以上，計(jì)算較為耗時(shí)，雖精度較高，但不滿(mǎn)足快速計(jì)算的要求。SDOF方法作為一種經(jīng)典的快速算法[9-10]，將整個(gè)剪力墻建筑視為質(zhì)量集中在樓頂處的懸臂梁結(jié)構(gòu)，對(duì)爆炸載荷在建筑沖擊面進(jìn)行等效積分，最終建立并求解一元?jiǎng)恿W(xué)方程得到建筑頂?shù)膿隙取eyes等[11]開(kāi)展了結(jié)構(gòu)件的SDOF方法計(jì)算并與激波管縮比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，汪維等[12-13]對(duì)多種結(jié)構(gòu)采用SDOF方法進(jìn)行了抗爆性能計(jì)算，并利用SDOF方法快速計(jì)算特性進(jìn)行爆炸工況參數(shù)掃描計(jì)算，得到了結(jié)構(gòu)抗爆P-I曲線(xiàn)。……