[發(fā)明專利]一種在爆炸荷載作用下等截面固端梁荷載系數(shù)的計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811355583.4
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109376459B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿少波;許博超;陳淑萍;武晉文;李建軍;李艷輝;劉洋宇;趙力將;黃云波
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發(fā)明公開了一種包含近場爆炸、遠場爆炸的等截面固端梁荷載系數(shù)的計算方法，首先，建立等截面固端梁在近場爆炸、遠場爆炸作用下的統(tǒng)一荷載模型，以等截面固端梁跨中位置為坐標原點，以水平向右平行梁方向為x軸方向，垂直于x軸向下方向為y軸方向，建立坐標；選取等截面固端梁跨中截面為觀測位置，等截面固端梁兩端部約束條件相同，確定固端梁一階振型形函數(shù)，選擇典型爆炸沖擊波超壓峰值參數(shù)數(shù)值和炸藥當量，進而確定包含近場爆炸、遠場爆炸的等截面固端梁爆炸荷載系數(shù)。本方法得到的統(tǒng)一計算公式能夠為結(jié)構(gòu)設(shè)計計算提供更準確的計算數(shù)值，減少傳統(tǒng)方法中忽略近場爆炸帶來的設(shè)計風險。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一種在爆炸荷載作用下等截面固端梁荷載系數(shù)的計算方法，屬于結(jié)構(gòu)工程防爆設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前國內(nèi)外對于等截面固端梁結(jié)構(gòu)進行爆炸作用下等效單自由度設(shè)計計算時，爆炸沖擊波荷載系數(shù)計算時均采用均布荷載，即假設(shè)前提為遠場爆炸，忽略了等截面固端梁結(jié)構(gòu)發(fā)生近場爆炸類型的實際情況，而在近場爆炸時，爆炸沖擊波荷載系數(shù)仍沿用此理想模型，將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時的計算數(shù)值與實際情況不符。

因此，對于一些重要性建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗爆實驗，為了能準確進行爆炸荷載計算，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，需要得到一個包含近場爆炸、遠場爆炸的荷載系數(shù)的統(tǒng)一計算公式或荷載系數(shù)查閱表，以減少忽略近場爆炸帶來的設(shè)計風險，而目前的設(shè)計方法及研究成果均沒有對此問題進行有效解決。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種包含近場爆炸、遠場爆炸的等截面固端梁荷載系數(shù)的計算方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種在爆炸荷載作用下等截面固端梁荷載系數(shù)的計算方法，包括以下步驟：

第一步，建立等截面固端梁在近場爆炸、遠場爆炸作用下的統(tǒng)一荷載模型，以等截面固端梁跨中位置為坐標原點，以水平向右平行梁方向為x軸方向，垂直于x軸向下方向為y軸方向，建立坐標；

第二步，選取等截面固端梁跨中截面為觀測位置，等截面固端梁兩端部約束條件相同，結(jié)構(gòu)一階振型形狀、爆炸作用荷載關(guān)于跨中位置x＝0正對稱，在x∈(-0.5l,0)范圍內(nèi)，確定固端梁一階振型形函數(shù)X(x)為：

式中β＝1.5π/l；

第三步，確定爆炸作用產(chǎn)生的超壓峰值p(x)關(guān)于坐標x的函數(shù)為：

式中，h為爆炸源至等截面固端梁的垂直距離，w為炸藥當量，a,b,c為爆炸沖擊波作用超壓峰值參數(shù)。

令C＝c*w，選擇典型爆炸沖擊波超壓峰值參數(shù)數(shù)值a,b,c和炸藥當量w進行系數(shù)代入步驟5的表達式中，得到A，B，C的具體數(shù)值；

得到超壓峰值為：

第四步，確定包含近場爆炸、遠場爆炸的等截面固端梁爆炸荷載系數(shù)K_L：

式中，p(x)為沿梁長方向x各點的超壓峰值，f(t)為超壓峰值隨時間衰減函數(shù)，

P_e(t)為等效載荷，X(x)為一階振型形函數(shù)，t為時間，l為等截面固端梁的長度，x為爆炸作用下等截面固端梁沿梁長任意一點。

所述等截面固端梁爆炸荷載系數(shù)K_L的計算過程如下：

1)將公式(1)和公式(3)代入步驟4的爆炸荷載系數(shù)K_L表達式的分子項，得到