[發明專利]含阻尼剛性結構抗線性爆炸荷載設計動力系數方法有效
| 申請號： | 202011299946.4 | 申請日： | 2020-11-19 |
| 公開（公告）號： | CN112364425B | 公開（公告）日： | 2023-07-07 |
| 發明（設計）人： | 耿少波;陳佳龍;趙致藝;王萬月;魏月娟 | 申請（專利權）人： | 中北大學 |
| 主分類號： | G06F30/13 | 分類號： | G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14 |
| 代理公司： | 太原弘科專利代理事務所(普通合伙) 14118 | 代理人： | 趙宏偉 |
| 地址： | 030000 山*** | 國省代碼： | 山西;14 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 阻尼 剛性 結構 線性 爆炸 荷載 設計 動力 系數 方法 | ||
1.含阻尼剛性結構抗線性爆炸荷載設計動力系數方法，其特征在于：所述的剛性結構指的是：在爆炸作用下，結構完成彈性最大振動yT即將進入塑性振動所對應的臨界時刻tT小于爆炸荷載作用時長ti數值，爆炸荷載卸載后，結構繼續振動至某一時刻tm，達到了結構總的彈塑性位移最大值ym；
根據爆炸對建筑結構的作用過程，將該過程分為彈性階段強迫振動、塑性階段強迫振動和塑性階段自由振動三個階段；
a、彈性階段強迫振動
在彈性階段且在荷載作用時長范圍0＜t≤tT內，動力等效體系的運動微分方程為：
其中，t為剛性結構爆炸作用下的時間參數，tT為剛性結構從彈性振動至塑性振動的臨界時刻，Me為彈性階段等效結構質量，Ce為彈性階段等效結構阻尼，Ke為彈性階段等效結構剛度，為剛性結構等效體系振動加速度，為剛性結構等效體系振動速度，y為剛性結構等效體系振動位移，ΔPe(t)為剛性結構承受的隨時間t變化的爆炸動荷載，等效結構系數計算公式分別為
其中，m為真實結構每延米質量，l為真實結構跨長，ξ為真實結構阻尼比，K為真實結構剛度，kM為彈性階段質量變換系數，kL為彈性階段荷載變換系數；由于爆炸沖擊荷載持續時間非常短，可簡化為等沖量的線性荷載，我國防護工程規范推薦采用的爆炸荷載為：
其中，ti為爆炸荷載作用時長，Δpm為爆炸荷載超壓峰值，kl為塑性階段荷載變換系數，結構承受爆炸荷載之前初始位移、初速度均為0，求解該微分方程后，可確定此階段位移和速度表達式為：
其中，無阻尼自振頻率ω、含阻尼自振頻率ωd、爆炸荷載超壓峰值Δpm作為靜載時對應的靜位移yst各參數計算如下：
在tT時刻，結構由彈性振動開始轉變塑性振動，此時對應的振動位移、振動速度為：
b、塑性階段強迫振動
由于進行的類型為剛性結構抗爆設計，結構振動從彈性振動進入塑性狀態后，爆炸荷載仍未卸載，此時的振動計算模型為有爆炸荷載、以yT及vT為初始條件的含阻尼塑性階段強迫振動，即在tT＜t≤ti內，等效體系運動微分方程為：
其中，me為塑性階段等效結構質量，ce為塑性階段等效結構阻尼，qm為抗爆結構最大抗力，其計算公式為：
其中，km為塑性階段質量變換系數；解此運動方程后，得出爆炸荷載作用卸載時刻ti對應的位移yi、速度vi如下：
由公式(6)(10)，可以得出
其中，kM-L為彈性階段質量變換系數與荷載變換系數之比值，km-l為塑性階段質量變換系數與荷載變換系數之比值，具體公式為：
將公式(10)、(13)代入(11)、(12)后，進一步將ti時刻的位移yi、速度vi顯示為
其中
kh稱為抗爆結構彈塑性階段抗力動力系數，即將爆炸荷載轉換為靜荷載進行抗爆設計的轉換系數；
c、塑性階段自由振動
當結構振動大于ti時刻，爆炸荷載卸載，此時為無外荷載、以yi及vi為初始條件的含阻尼塑性階段自由振動，即當ti＜t≤tm時，動力等效體系的振動方程為：
求出此階段位移和速度解為：
d、彈塑性階段基于動力系數的延性比
當結構振動至最大位移ym時，對應的時刻為tm，此時速度vm＝0，代入(20)式，則：
將tm帶入到(19)中得出抗爆結構彈塑性振動最大位移為
將(10)、(13)式帶入到(22)式中
根據延性比的定義
將(13)和(14)式代入到(20)式中，再將(20)(6)帶入延性比β中，得出
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