[發(fā)明專利]含阻尼柔性結(jié)構(gòu)抗線性爆炸荷載設(shè)計(jì)動(dòng)力系數(shù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011299957.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112395676A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張冰冰;耿少波;范志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F17/13
• 代理公司: 太原弘科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14118
• 代理人: 趙宏偉

1.含阻尼柔性結(jié)構(gòu)抗線性爆炸荷載設(shè)計(jì)動(dòng)力系數(shù)方法，其特征在于：所述的柔性結(jié)構(gòu)指的是：在爆炸荷載作用時(shí)長(zhǎng)t_i范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)未達(dá)到彈性振動(dòng)最大值，爆炸荷載卸載后，依靠慣性力在t_T時(shí)刻達(dá)到彈性位移最大值y_T后，進(jìn)一步發(fā)展為塑性振動(dòng)，在某一時(shí)刻t_m，達(dá)到了結(jié)構(gòu)總的彈塑性位移最大值y_m，

根據(jù)爆炸對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用過(guò)程，將該過(guò)程分為彈性階段強(qiáng)迫振動(dòng)、彈性階段自由振動(dòng)和塑性階段自由振動(dòng)三個(gè)階段；

a、彈性階段強(qiáng)迫振動(dòng)

在彈性階段且在荷載作用時(shí)長(zhǎng)范圍0＜t≤t_i內(nèi)，動(dòng)力等效體系的運(yùn)動(dòng)微分方程為：

其中，t為柔性結(jié)構(gòu)爆炸作用下的時(shí)間參數(shù)，t_i為爆炸荷載作用時(shí)長(zhǎng)，M_e為彈性階段等效結(jié)構(gòu)質(zhì)量，C_e為彈性階段等效結(jié)構(gòu)阻尼，K_e為彈性階段等效結(jié)構(gòu)剛度，為柔性結(jié)構(gòu)等效體系振動(dòng)加速度，為柔性結(jié)構(gòu)等效體系振動(dòng)速度，y為柔性結(jié)構(gòu)等效體系振動(dòng)位移，ΔP_e(t)為柔性結(jié)構(gòu)承受的隨時(shí)間t變化的爆炸動(dòng)荷載，等效結(jié)構(gòu)系數(shù)計(jì)算公式分別為：

其中，m為真實(shí)結(jié)構(gòu)每延米質(zhì)量，l為真實(shí)結(jié)構(gòu)跨長(zhǎng)，ξ為真實(shí)結(jié)構(gòu)阻尼比，K為真實(shí)結(jié)構(gòu)剛度，k_M為彈性階段質(zhì)量變換系數(shù)，k_L為彈性階段荷載變換系數(shù)；由于爆炸沖擊荷載持續(xù)時(shí)間非常短，可簡(jiǎn)化為等沖量的線性荷載，我國(guó)防護(hù)工程規(guī)范推薦采用的爆炸荷載為：

其中，t_i為爆炸荷載作用時(shí)長(zhǎng)，Δp_m為爆炸荷載超壓峰值，結(jié)構(gòu)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(dá)式為：

其中，無(wú)阻尼自振頻率ω、含阻尼自振頻率ω_d、爆炸荷載超壓峰值Δp_m作為靜載時(shí)對(duì)應(yīng)的靜位移y_st各參數(shù)計(jì)算如下：

在爆炸荷載作用結(jié)束卸載的t_i時(shí)刻，對(duì)應(yīng)的位移和速度為

b、彈性階段自由振動(dòng)

由于進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)類型為柔性結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)，當(dāng)爆炸荷載消去，結(jié)構(gòu)仍為彈性狀態(tài)，此時(shí)結(jié)構(gòu)為無(wú)外荷載、以位移y_i及速度v_i為初始條件的含阻尼彈性階段自由振動(dòng)，即當(dāng)t_i＜t≤t_T時(shí)，等效體系的運(yùn)動(dòng)微分方程為

t_T為柔性結(jié)構(gòu)完成彈性振動(dòng)，即將進(jìn)入塑性振動(dòng)的臨界時(shí)刻，求解該方程后，位移及速度解答為：

其中將公式(7)、(8)代入公式(10)、(11)后，且令

則在t_T時(shí)刻，結(jié)構(gòu)彈性振動(dòng)達(dá)到最大位移，此時(shí)位移、速度分別為：

c、塑性階段自由振動(dòng)

當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)間大于t_T時(shí)刻，為無(wú)外荷載、以y_T及v_T為初始條件的含阻尼塑性階段自由振動(dòng)，在t_m時(shí)刻，結(jié)構(gòu)振動(dòng)達(dá)到最大位移，即當(dāng)t_T＜t≤t_m時(shí)，動(dòng)力等效體系的振動(dòng)方程為

其中，m_e為塑性階段等效結(jié)構(gòu)質(zhì)量，c_e為塑性階段等效結(jié)構(gòu)阻尼，q_m為結(jié)構(gòu)最大抗力，其計(jì)算公式為：

其中，k_m為塑性階段質(zhì)量變換系數(shù)，k_l為塑性階段荷載變換系數(shù)，解(16)方程，求出此階段位移和速度解為：

d、彈塑性階段基于動(dòng)力系數(shù)的延性比

當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)到最大位移y_m時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為t_m，此時(shí)速度v_m＝0，代入(18)式，則：

將t_m帶入到(17)中得出結(jié)構(gòu)彈塑性振動(dòng)最大位移為：

如果令

將(21)、(16)代入(20)后，轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

由彈塑性階段的抗爆設(shè)計(jì)，可知抗力動(dòng)力系數(shù)k_h和延性比β分別為

將(13)、(22)帶入延性比β公式(23)中，可到