地铁车站内爆炸波的传播规律与超压荷载模型

论文摘要

地铁以其独特的优势,在世界上许多国家得到了广泛的应用。然而,当今世界上地铁内意外爆炸事件频繁发生,城市地铁车站具有人群密集,环境封闭的特点,一旦发生突发性爆炸事故,爆炸冲击波可能会引起结构强烈的动力响应,甚至连续倒塌,还可能引起周边地面建筑物的破坏和倒塌,将严重威胁人民的生命财产安全。为了研究爆炸冲击波对地铁车站结构冲击效应,本文对爆炸波在地铁车站内的传播过程以及作用在地铁结构上的爆炸荷载进行分析和研究。以流体动力学和爆炸力学为理论基础,利用AUTODYN软件,采用Euler方法,针对地铁车站中多元化的复杂环境,研究爆炸波的传播规律及其作用在结构上的超压荷载,主要工作包括以下几个方面:(1)建立地铁车站的三维模型,对车站中心发生20kgTNT炸药爆炸时的爆炸流场进行模拟,分析了爆炸超压和冲量的衰减规律及竖向分布规律,研究了临近柱子所受到的爆炸冲击效应。(2)为了对爆炸波引起的周围土体及地面建筑物的响应进行分析和研究,模拟性地对车站内发生200kgTNT炸药爆炸时的爆炸流场进行数值模拟,分析了其爆炸波的波形、衰减和走时规律。(3)建立一系列相关的二维模型,比较了不同炸药量、不同车站截面高度和不同出口位置对爆炸波传播的影响。通过本文研究,得到如下结论:在地铁车站复杂环境中,由于受到结构的限制,爆炸波的超压和持时均增大,将对结构造成更大的破坏;建立了一简化的爆炸超压荷载模型,可用于重大爆炸发生时对周围土体和地面建筑物响应的分析;车站的截面高度、炸药量、出口位置等因素对爆炸波的传播和爆炸超压荷载的分布具有很大的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状和水平
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 爆炸与爆炸波
• 2.1 爆炸波的形成
• 2.2 无限大气中的爆炸波参数
• 2.3 冲击波的反射
• 2.4 密闭结构内部爆炸产生的超压荷载
• 2.5 本章小结
• 第三章 地铁车站内爆炸波的传播规律
• 3.1 地铁车站研究模型的确定
• 3.2 AUTODYN 与Euler 方法
• 3.3 材料参数
• 3.4 爆炸波在地铁车站内的传播
• 3.5 大炸药量爆炸荷载模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 地铁车站内爆炸波传播的影响因素
• 4.1 炸药量对爆炸波传播的影响
• 4.2 高度对爆炸波传播的影响
• 4.3 出口位置的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢