一种建筑物承载构件内爆毁伤效应工程评估方法及系统

本发明涉及爆炸毁伤效应分析领域，特别是涉及一种建筑物承载构件内爆毁伤效应工程评估方法及系统。

背景技术：

1、实现对钢筋混凝土框架结构建筑物承载构件在内爆作用下毁伤效应的可靠评估，对于建筑结构安全分析具有重要意义。

2、针对钢筋混凝土承载构件的爆炸毁伤效应分析，目前主要是通过具体结构参数构件的爆炸响应数值仿真，或缩比爆炸试验来完成。通常只考虑了外部爆炸，且爆点位于构件中心对称面上的情况。而实际爆炸载荷常常发生在建筑物内部，并且爆点几乎不可能发生在柱或梁的对称面上，其相对于构件的位置和方位具有很大的随机性。这些因素导致常用的分析方法并不合理，无法准确反映构件所受到的真实爆炸载荷，从而无法给出可靠的评估结果。

技术实现思路

1、基于此，本发明实施例提供一种建筑物承载构件内爆毁伤效应工程评估方法及系统，以准确反映建筑物承载构件所受到的真实爆炸载荷，实现对建筑物承载构件内爆毁伤效应的准确可靠评估。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

3、一种建筑物承载构件内爆毁伤效应工程评估方法，包括：

4、获取目标建筑物的材料与结构参数和爆炸载荷条件参数；所述材料与结构参数包括：建筑几何尺寸、承载构件几何参数、钢筋混凝土的力学性能参数、砌体墙的材料参数和距离建筑物顶部之间的楼层数；所述爆炸载荷条件参数包括：爆炸的tnt当量和爆炸位置；

5、根据目标建筑物的材料与结构参数、爆炸载荷条件参数以及毁伤效应工程计算公式，计算目标建筑物承载构件的动力响应特征参数；所述毁伤效应工程计算公式是根据框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库拟合得到的；所述框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库包括：采用有限元数值仿真软件对不同结构参数、不同材料属性以及不同配筋率的钢筋混凝土框架结构建筑物内爆工况毁伤效应进行仿真得到的毁伤效应分析结果；所述动力响应特征参数为破坏区截面占比或挠跨比；

6、根据目标建筑物承载构件的动力响应特征参数确定目标建筑物的毁伤等级。

7、可选地，根据目标建筑物的材料与结构参数、爆炸载荷条件参数以及毁伤效应工程计算公式，计算目标建筑物承载构件的动力响应特征参数，具体包括：

8、若目标建筑物承载构件为近场爆炸，则将目标建筑物的材料与结构参数以及爆炸载荷条件参数代入近场毁伤效应工程计算公式，计算目标建筑物承载构件的破坏区截面占比，并将破坏区截面占比作为动力响应特征参数；所述近场爆炸的比例爆距小于或等于设定比例爆距值；

9、若目标建筑物承载构件为中远场爆炸，则将目标建筑物的材料与结构参数以及爆炸载荷条件参数代入中远场毁伤效应工程计算公式，计算目标建筑物承载构件的挠跨比，并将挠跨比作为动力响应特征参数；所述中远场爆炸的比例爆距大于所述设定比例爆距值。

10、可选地，所述承载构件包括钢筋混凝土的梁和柱；所述近场毁伤效应工程计算公式包括：梁的近场毁伤效应工程计算公式和柱的近场毁伤效应工程计算公式；所述中远场毁伤效应工程计算公式包括：梁的中远场毁伤效应工程计算公式和柱的中远场毁伤效应工程计算公式；

11、梁的近场毁伤效应工程计算公式为：

12、

13、其中，η1表示梁的破坏区截面占比；q表示爆炸的tnt当量；h表示楼层高度；ρc表示钢筋混凝土的密度；b表示房间宽度；l表示房间长度；a×b表示梁的截面尺寸；a表示梁的截面的高；b表示梁的截面的宽；t表示楼板的厚度；h表示墙体厚度；ft表示混凝土抗拉强度；g表示混凝土剪切模量；fc表示混凝土抗压强度；fq表示砌体墙的强度；ρq表示砌体墙的密度；sh表示爆点距承载构件对称面的距离；sr表示距承载构件对称轴的距离；α表示方位角；sh、sr和α是根据爆炸位置确定的；a、β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7、β8、β9、β10、β11、β12、β13和β14均为梁的近场待拟合的参数；

14、柱的近场毁伤效应工程计算公式为：

15、

16、其中，η2表示柱的破坏区截面占比；柱的截面为正方形，c表示柱的截面边长；n表示距离建筑物顶部之间的楼层数；d、β'1、β'2、β'3、β'4、β'5、β'6、β'7、α'8、α'9、α'10、β'11、β'12、β'13和β'14均为柱的近场待拟合的参数；

17、梁的中远场毁伤效应工程计算公式为：

18、

19、其中，λ1表示梁的挠跨比；δ表示最大挠度；f、β15、β16、β17、β18、β19、β20、β21、β22、β23、β24、β25、β26、β27和β28均为梁的中远场待拟合的参数；

20、柱的中远场毁伤效应工程计算公式为：

21、

22、其中，λ2表示柱的挠跨比；m、β'15、β'16、β'17、β'18、β'19、β'20、β'21、β'22、β'23、β'24、β'25、β'26、β'27和β'28均为柱的中远场待拟合的参数。

23、可选地，根据目标建筑物承载构件的动力响应特征参数确定目标建筑物的毁伤等级，具体包括：

24、若目标建筑物承载构件为柱且为近场爆炸，当η2≤5％，则确定目标建筑物的毁伤等级为轻微破坏；所述近场爆炸的比例爆距小于或等于设定比例爆距值；η2表示柱的破坏区截面占比；

25、若目标建筑物承载构件为柱且为近场爆炸，当5％＜η2≤10％，则确定目标建筑物的毁伤等级为中度破坏；

26、若目标建筑物承载构件为柱且为近场爆炸，当10％＜η2≤40％，则确定目标建筑物的毁伤等级为重度破坏；

27、若目标建筑物承载构件为柱且为近场爆炸，当η2＞40％，则确定目标建筑物的毁伤等级为失效；

28、若目标建筑物承载构件为梁且为近场爆炸，当η1≤5％，则确定目标建筑物的毁伤等级为轻微破坏；η1表示梁的破坏区截面占比；

29、若目标建筑物承载构件为梁且为近场爆炸，当5％＜η1≤10％，则确定目标建筑物的毁伤等级为中度破坏；

30、若目标建筑物承载构件为梁且为近场爆炸，当15％＜η1≤45％，则确定目标建筑物的毁伤等级为重度破坏；

31、若目标建筑物承载构件为梁且为近场爆炸，当η1＞45％，则确定目标建筑物的毁伤等级为失效；

32、若目标建筑物承载构件为柱且为中远场爆炸，当λ2≤0.5％，则确定目标建筑物的毁伤等级为轻微破坏；所述中远场爆炸的比例爆距大于所述设定比例爆距值；λ2表示柱的挠跨比；

33、若目标建筑物承载构件为柱且为中远场爆炸，当0.5％＜λ2≤1％，则确定目标建筑物的毁伤等级为中度破坏；

34、若目标建筑物承载构件为柱且为中远场爆炸，当1％＜λ2≤3％，则确定目标建筑物的毁伤等级为重度破坏；

35、若目标建筑物承载构件为柱且为中远场爆炸，当λ2＞3％，则确定目标建筑物的毁伤等级为失效；

36、若目标建筑物承载构件为梁且为中远场爆炸，当λ1≤2％，则确定目标建筑物的毁伤等级为轻微破坏；λ1表示梁的挠跨比；

37、若目标建筑物承载构件为梁且为中远场爆炸，当2％＜λ1≤3％，则确定目标建筑物的毁伤等级为中度破坏；

38、若目标建筑物承载构件为梁且为中远场爆炸，当3％＜λ1≤5％，则确定目标建筑物的毁伤等级为重度破坏；

39、若目标建筑物承载构件为梁且为中远场爆炸，当λ1＞5％，则确定目标建筑物的毁伤等级为失效。

40、可选地，所述框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库还包括：框架结构建筑物缩比爆炸试验的试验数据和建筑物爆炸事故调查数据。

41、可选地，所述建筑几何尺寸包括：楼层高度、房间宽度和房间长度；所述目承载构件几何参数包括：梁的截面尺寸、柱的截面尺寸、楼板的厚度和墙体厚度；所述钢筋混凝土的力学性能参数包括：钢筋混凝土的密度、剪切模量、抗压强度和抗拉强度；所述砌体墙的材料参数包括：砌体墙的密度和砌体墙的强度；所述爆炸位置包括：炸点相对于房间中心的坐标。

42、可选地，所述设定比例爆距值为0.8m/kg1/3。

43、本发明还提供了一种建筑物承载构件内爆毁伤效应工程评估系统，包括：

44、数据获取模块，用于获取目标建筑物的材料与结构参数和爆炸载荷条件参数；所述材料与结构参数包括：建筑几何尺寸、承载构件几何参数、钢筋混凝土的力学性能参数、砌体墙的材料参数和距离建筑物顶部之间的楼层数；所述爆炸载荷条件参数包括：爆炸的tnt当量和爆炸位置；

45、动力响应特征参数计算模块，用于根据目标建筑物的材料与结构参数、爆炸载荷条件参数以及毁伤效应工程计算公式，计算目标建筑物承载构件的动力响应特征参数；所述毁伤效应工程计算公式是根据框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库拟合得到的；所述框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库包括：采用有限元数值仿真软件对不同结构参数、不同材料属性以及不同配筋率的钢筋混凝土框架结构建筑物内爆工况毁伤效应进行仿真得到的毁伤效应分析结果；所述动力响应特征参数为破坏区截面占比或挠跨比；

46、毁伤效应工程评估模块，用于根据目标建筑物承载构件的动力响应特征参数确定目标建筑物的毁伤等级。

47、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

48、本发明实施例采用有限元数值仿真软件对不同结构参数、不同材料属性以及不同配筋率的钢筋混凝土框架结构建筑物内爆工况毁伤效应进行仿真得到的毁伤效应分析结果，从而构建框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库，再根据框架结构建筑物内爆毁伤效应数据库拟合得到毁伤效应工程计算公式，从而得到目标建筑物承载构件的动力响应特征参数，实现对目标建筑物承载构件内爆毁伤效应的准确可靠评估，本发明实施例在对已有建筑物的抗爆能力进行评估时，可以确定是否满足设计要求，是否需要进一步增强等，在对建筑物设计过程中，对设计参数进行评估，可以确定是否满足指标要求，对于建筑结构安全分析具有重要意义。