爆炸荷载作用下钢筋混凝土桥墩的动力响应与破坏模式研究

摘要

随着经济的发展与社会的进步，公路桥梁在陆路交通中的作用越来越重要。在当前和平发展的背景下，仍然存在战争的可能以及恐怖主义的威胁。由于桥梁在交通运输中的关键作用，对桥梁的打击也就成为战争和恐怖袭击的首选目标之一。同时，危险品等在运输过程中发生的偶然爆炸事故也可能导致桥梁结构的垮塌。因此，桥梁结构受爆炸冲击时的动力响应与破坏模式研究逐渐成为工程领域中的热门课题。由于爆炸冲击力作用的局部性和作用时间的短暂性，使得邻近爆源构件的响应远超整体结构的响应。而墩柱作为桥梁结构的关键承重构件，一旦出现损伤失效或破坏将直接导致整体的塌落。因此，对墩柱受爆炸冲击时的损伤机理与破坏模式进行研究，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。
　　本文基于刚塑性理论和爆炸基本理论，同时对墩柱进行简化处理，理论分析悬臂柱、一端铰支一端固结柱和两端固结柱三种类型墩柱受冲击时的动力响应，并建立相应模型进行数值计算。开展近爆作用下不同参数墩柱的仿真模拟与破坏机理研究，分析和总结墩柱抗爆能力并提出合理建议。本文主要内容如下：
　　（1）远场爆炸时，墩柱塑性铰形成和动力响应。将爆炸超压时程曲线简化成三角形荷载形式，理论分析三种形式墩柱（悬臂柱、一端铰支一端固结柱和两端固结柱）的塑性铰位置，得出柱体在响应过程中柱体速度和位移计算式。
　　（2）理论分析与数值计算结果对比。对三种形式墩柱进行爆炸仿真计算，提取仿真值相关数据；同时将超压时程曲线进行拟合处理，代入理论计算式中计算出理论值。由理论值与仿真值对比分析墩柱变形形态，并分析理论结果的合理性。
　　（3）近场爆炸时，墩柱抗爆能力参数化研究。采用数值仿真方法，建立不同参数下的墩柱模型，其中包括圆柱墩与方柱墩、配筋方式变化和爆心位置变化等。分析墩柱底部水平速度与水平位移时程曲线，进而研究墩柱抗爆性能与破坏形态。
　　本文采用理论分析与数值计算相结合的方法，对墩柱的动力响应与破坏模式进行了研究，总结不同形式墩柱的抗爆性能，为墩柱抗爆设计提供理论依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的及意义

1.4 主要研究内容

1.5 研究方法与技术路线

第2章 爆炸与动力分析基本理论

2.1 爆炸基本理论

2.2 动力分析基本理论

2.3 有限元基础

第3章 悬臂墩柱塑性铰分析

3.1 塑性铰位置

3.2 动力分析

3.3 模型计算与验证分析

3.4 本章小结

第4章 一端铰支一端固结墩柱塑性铰分析

4.1 塑性铰位置

4.2 动力分析

4.3 模型计算与验证分析

4.4 本章小结

第5章 两端固结墩柱塑性铰分析

5.1 塑性铰位置

5.2 动力分析

5.3 模型计算与验证分析

5.4 本章小结

第6章 近场爆炸桥墩动力响应分析

6.1 有限元模型

6.2 爆炸压力场分析

6.3 墩柱损伤分析

6.4 动力响应分析

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目