爆炸荷载作用下钢纤维混凝土小箱梁的动态响应及损伤分析

摘要

近年来桥梁结构上由恐怖袭击、意外事故等引发的爆炸已经严重影响到桥梁的正常使用和人民的生命财产安全，桥梁结构的抗爆性能研究是一个非常迫切的课题。现阶段，研究基本构件在爆炸荷载作用下的动力响应仍是进行抗爆研究的首要任务，而钢纤维混凝土作为一种新型抗爆防护材料，其抗爆性能的研究也越来越受重视，但对其构件在爆炸荷载作用下的研究并不系统。本文采用模型试验和数值模拟相结合的方法对爆炸荷载作用下钢纤维混凝土小箱梁的动态响应及损伤进行了系统研究，主要研究内容及成果如下:
　　(1)总结综述了国内外关于爆炸冲击荷载作用下钢纤维混凝土的研究现状、已有研究成果以及存在的问题，系统研究了爆炸基本现象及爆炸冲击波的基本理论，总结了爆炸冲击波各参数的经验计算公式，分析了桥梁结构的损伤机理。
　　(2)分析了钢纤维混凝土的材料特点及其动静态本构关系，提出了应变率效应在爆炸荷载作用下对材料性能的影响以及在数值模拟中的解决办法。
　　(3)通过对比试验研究了不同荷载工况下普通混凝土小箱梁和钢纤维混凝土小箱梁的动态响应，结合试验过程中采集得到的应变和加速度数据分析得到了炸药药量、爆炸高度以及爆炸位置对小箱梁动态响应的影响及规律，通过混凝土超声波检测技术分析了在不同荷载工况作用下结构的损伤程度。
　　(4)采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下钢纤维混凝土小箱梁的动态响应进行了数值模拟，并与试验结果进行了对比分析，得到了相似的规律。研究结果表明，在爆炸荷载作用下顶板和翼缘板最容易受损，尤其是顶板，而且相对而言，结构的动态响应对爆炸高度更敏感;在混凝土中掺入钢纤维对提高结构的整体抗爆性能有很大帮助。

目录

声明

摘要

1．1 研究的背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 桥梁抗爆基本理论与损伤机理

2．1 爆炸概述及分类

2．2 爆炸冲击波特点

2．2．1 爆炸冲击波的产生与传播

2．2．2 爆炸冲击波的反射

2．3 爆炸冲击波计算公式

2．3．1 爆炸冲击荷载简化

2．3．2 超压峰值计算公式

2．3．3 正压作用时间计算公式

2．4 桥梁结构的损伤机理及破坏形式

2．4．1 结构的损伤机理

2．4．2 结构的破坏类型

2．4．3 结构的破坏形式

2．5 桥梁抗爆性能分析方法

2．6 本章小结

第3章 钢纤维混凝土材料的本构关系

3．1 材料特点

3．2 静态本构关系

3．2．1 钢纤维混凝土作用机理

3．2．2 钢纤维混凝土特性研究

3．3 动态本构关系

3．3．1 混凝土动载增强系数

3．3．2 钢筋动载增强系数

第4章 钢纤维混凝土小箱梁爆炸试验研究

4．1 试验方案

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验模型

4．1．3 测点布置

4．1．4 炸药布置

4．2 爆破方案

4．3 试验结果及分析

4．3．1 声波检测结果及分析

4．3．2 加速度测量结果及分析

4．3．3 应变测量结果及分析

4．4 本章小结

第5章 爆炸荷载作用下混凝土小箱梁的数值分析

5．1 有限元软件及模型简介

5．1．1 有限元软件

5．1．2 有限元模型

5．2 ANSYS有限元模型的建立

5．2．1 爆炸荷载参数

5．2．2 材料特性选取

5．2．3 建模分析步骤

5．3 数值模拟结果与分析

5．3．1 应力波的传播

5．3．2 节点位移分析

5．3．3 节点加速度分析

5．3．4 单元应变分析

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目