框架结构在爆炸荷载作用下的倒塌特性分析文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

为了更加清晰的理解所做的这个题目，关于“框架结构在爆炸荷载作用下的倒塌特性分析”，首先查阅了国内外很多关于爆炸对建筑结构影响的研究论文，所以现在对于目前国内外爆炸对建筑结构的影响的研究历史和现状有了一定的了解，也对要做的东西有了更加深刻的理解。

首先，爆炸本身的物理过程非常复杂，而且爆炸产生的爆炸冲击波在建筑结构内不断反射，反射波之间相互作用再次作用到结构上，使得室内爆炸荷载的分布以及超压时程曲线十分复杂^[1]。

国外的爆炸荷载分析研究开始要比国内早。早在1977年，Leyendecker和Ellingwood^[2]从产生概率以及建筑尺寸方面比较了炸弹袭击、煤气爆炸和汽车撞击三种形式的偶然荷载，拉开了近代爆炸荷载研究的序幕；随后，T.Krauthammer^[3]基于等效单自由度体系理论，提出了结构在爆炸冲击荷载作用下分析的简化模型；P.Sukontasukkul^[4]针对素混凝土梁和钢纤维混凝土梁进行实验，结果表明剪切破坏是存在端部约束的混凝土梁在冲击荷载作用下的主要破坏模式；Serdar Astarlioglu和T.Krauthammer^[5]比较得出纤维增强的混凝土柱比普通混凝土柱在理想冲击荷载作用下峰值位移更小；Conrad Kyei和 Abass Braimah^[6]使用高保真基于物理的有限元代码LS-DYNA，进行了数值研究，以研究横向加固间距对RC柱抗爆性的影响，研究表明，横向钢筋间距和轴向荷载的显著影响着低比例距离爆炸荷载下钢筋混凝土柱的性能。

国内有关爆破荷载的研究，李世强^[7]采用SAP2000软件对RC框架结构进行关键柱破坏倒塌模拟，并与实验结果进行对比关键节点的位移、加速度等，模拟出的结果比较符合实验；陈晔^[1]研究了爆炸与火灾联合作用下钢柱的力学响应以及破坏模式，并提出了钢柱损伤程度的高效评估方法；张瑞坤^[8]等人，使用ANSYS/LS-DYNA，采用流固耦合方法模拟爆炸，并引入EROSION算法，考虑材料的实效破坏，更为真实地模拟分析爆炸冲击作用下RC框架柱的动力反应及破坏特征；胡坚尉^[9]使用ANSYS/LS-DYNA模拟分析爆炸对三层RC框架结构造成的动态影响，并分别考虑分析炸药量、钢筋配筋率、截面大小等因素的影响，得出了不同情况下炸药爆炸对结构产生的具体影响，为今后的抗爆设计及加固提供了初步的理论依据；姚宇飞^[10]等人通过有限元LS-DYNA建立了一个四层RC框架结构模型，研究了不同比例距离在爆炸荷载作用下结构的动力响应和倒塌过程；高超^[11]等人进行3层框架结构模型在不同炸点位置、不同距离、不同爆炸当量等条件下的爆炸荷载实验，研究爆炸荷载下框架结构的动力响应、失效模式和连续倒塌破坏机理，同时进行爆炸荷载下框架结构连续倒塌的非线性有限元动力分析，结果表明：内爆炸要比外源爆炸引起的破坏要严重得多，相邻角柱同时失效结构发生连续倒塌的风险会大大增加，框架内部爆炸后，爆炸区域底层发生破坏严重；曾晓虹^[12]对串联隔震结构在地下室内爆炸荷载作用下的动力响应和连续倒塌模式进行探索研究，在采用直接模拟法得到的倒塌结果与现有文献中采用备用荷载路径法得到的模拟结果进行对比，发现直接模拟法得到的倒塌结果往往更加严重，所以采用备用荷载路径法得到的结果往往是偏于不安全的。

由于爆炸自身性质的影响，不仅是其危险性，还从经济型和实验的可实施角度来说，要去深刻了解爆炸对建筑结构的影响，做实验总的来说是不方便的，同时，数值模拟也能更加容易的看到爆炸的任意瞬间建筑结构的响应，对更加深刻地了解爆炸中的细节提供更好的帮助。总的来说，数值模拟是非常不错的研究工具。但是，非线性有限元分析也提出了一系列不同的挑战，包括：选择合适问题的特定网格，检查解决方案程序稳定性的能力，以及根据建模假设评估所有误差来源^[6]。

从查阅的论文来看，之前的许多研究大都是爆炸对建筑结构某一构件的影响，比如梁、柱、楼板等，再考虑到经济、安全以及可操作性这些原因，本文将采用ANSYS/LS-DYNA软件进行模拟分析爆炸冲击对框架结构的影响而不是某个构件。另外，大多数对框架结构在爆炸荷载作用下的影响的研究，考虑比较多的是炸药当量和爆炸发生的比例距离这两个因素对建筑结构的影响，并且其中的爆炸都是发生在一楼，然后进行分析。而现实情况是高层结构现在越来越多，无论是居民楼、办公楼还是厂房，那假如发生煤气爆炸或者恐怖袭击的话，并不一定会在建筑物的一楼，所以本文决定考虑在不同楼层发生爆炸的情况下，比较分析框架结构不同部位的损伤程度，为今后结构抗爆设计以及现有建筑的防爆加固提供建议。

参考文献：

1. 陈晔. 爆炸与次生火灾联合作用下钢结构损伤破坏及连续倒塌研究[D].天津大学, 2016.
2. Leyendecker, EdgarV. Design Methods for Reducing the Risk of Progressive Collapse in Buildings[M]. U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards, 1977.
3. Krauthammer T. Shallow-Buried RC Box-Type Structures[J]. Journal of Structural Engineering, 1984, 110(3):637-651.
4. Sukontasukkul P, Mindess S. The shear fracture of concrete under impact loading using end confined beams[J]. Materials and Structures, 2003, 36(6):372-378.
5. Micallef K, Fallah A S, Pope D J, et al. The dynamic performance of simply-supported rigid-plastic circular steel plates subjected to localised blast loading[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2012, 65(1):177–191.
6. Kyei C, Braimah A. Effects of transverse reinforcement spacing on the response of reinforced concrete columns subjected to blast loading. Engineering Structures, 2017, 142: 148-164.
7. 李世强.爆炸荷载下RC框架结构连续性倒塌数值分析[D].内蒙古:内蒙古科技大学, 2017.
8. 张瑞坤,韩磊磊,王立阁,郭学方. 基于ANSYS/LS-DYNA的钢筋混凝土框架柱抗冲击性能有限元分析[J].河北理工大学学报(自然科学版), 2010, 32(01):81-84.
9. 胡坚尉. 基于ANSYS软件模拟分析爆炸对建筑结构的影响[D].同济大学, 2007.
10. 姚宇飞, 师燕超, 李忠献. 爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构连续倒塌分析方法比较[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2015, 32(1):64-72.
11. 高超,宗周红,伍俊. 爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏试验研究[J].土木工程学报, 2013, 46(07):9-20.
12. 曾晓虹. 爆炸冲击荷载下隔震结构连续倒塌模拟[D].兰州理工大学, 2017.