[发明专利]一种在爆炸荷载作用下等截面简支梁荷载系数的计算方法

说明书

本发明公开了一种包含近场爆炸、远场爆炸的等截面简支梁荷载系数的计算方法，首先，建立等截面简支梁在近场爆炸、远场爆炸作用下的统一荷载模型，以等截面简支梁跨中位置为坐标原点，以水平向右平行梁方向为x轴方向，垂直于x轴向下方向为y轴方向，建立坐标；选取等截面简支梁跨中截面为观测位置，等截面简支梁两端部约束条件相同，采用泰勒三级级数代替求解一阶振型形函数，选择典型爆炸冲击波超压峰值参数数值和炸药当量，进而确定包含近场爆炸、远场爆炸的等截面简支梁爆炸荷载系数。本方法得到的统一计算公式能够为结构设计计算提供更准确的计算数值，减少传统方法中忽略近场爆炸带来的设计风险。

技术领域

本发明一种在爆炸荷载作用下等截面简支梁荷载系数的计算方法，属于结构工程防爆设计技术领域。

背景技术

目前国内外对于等截面简支梁结构进行爆炸作用下等效单自由度设计计算时，爆炸冲击波荷载系数计算时均采用均布荷载，即假设前提为远场爆炸，忽略了等截面简支梁结构发生近场爆炸类型的实际情况，而在近场爆炸时，冲击波荷载系数仍沿用此理想模型，将会导致结构设计计算时的计算数值与实际情况不符。

因此，对于一些重要性建筑结构设计及抗爆实验，为了能准确进行爆炸荷载计算，保障结构设计的合理性，需要得到一个包含近场爆炸、远场爆炸的荷载系数的统一计算公式或荷载系数查阅表，以减少忽略近场爆炸带来的设计风险，而目前的设计方法及研究成果均没有对此问题进行有效解决。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种包含近场爆炸、远场爆炸的等截面简支梁荷载系数的计算方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种在爆炸荷载作用下等截面简支梁荷载系数的计算方法，包括以下步骤：

1)建立等截面简支梁在近场爆炸、远场爆炸作用下的统一荷载模型，以等截面简支梁跨中为坐标原点，水平向右为x轴的正方向，沿爆炸冲击波传递方向为等截面简支梁振动的y轴正方向，爆炸源最不利的加载位置为等截面简支梁跨中位置上下方。

2)爆炸作用下等截面简支梁沿梁长任意一点x处的振动位移为y(t)X(x)，y(t)为梁跨中截面位移随时间的变化规律，X(x)为等截面简支梁振动的一阶振型形函数，需满足0≤X(x)≤1.0、X(0)＝1、X(-0.5l)＝X(0.5l)＝0的形函数要求，l为等截面简支梁的长度。

3)选取等截面简支梁跨中截面为观测位置，等截面简支梁两端部约束条件相同，结构一阶振型形状、爆炸荷载作用关于跨中位置x＝0正对称，爆炸作用荷载系数为

式中，p(x)为为沿梁长方向x各点的超压峰值，f(t)为超压峰值随时间衰减函数，P_e(t)为等效载荷，t为时间，l为等截面简支梁的长度，x为爆炸作用下等截面简支梁沿梁长任意一点。

4)爆炸作用产生的超压峰值关于坐标x的函数为

式中，h为爆炸源至等截面简支梁的垂直距离，w为炸药当量，a,b,c为爆炸冲击波作用超压峰值参数；

令

超压峰值的形式为

5)选择典型爆炸冲击波超压峰值参数数值a＝76,b＝255,c＝650和炸药当量w进行系数代入步骤4)的表达式(3)中，得到A，B，C具体数值。

6)根据等截面简支梁振动理论，得出其一阶振型形函数表达式

7)将步骤5)中的式(4)和步骤6)中的式(5)代入步骤3)的荷载系数表达式(1)的分子项，该分子项为：