爆炸荷载作用下钢筋混凝土桥梁的动力响应分析及抗爆加固

摘要

随着爆破技术在生产建设中各个领域的广泛应用，更加推动了科学技术水平的不断提高和社会的不断发展，与此同时，爆炸产生的安全问题也日渐突出。爆炸作用下建筑结构的破坏导致财产损失、人员伤亡等重大危害，因此探究结构在爆炸荷载下的损伤过程，尤其是结构关键部位的损坏导致连续结构整体性破坏的问题更应该给予重视和研究。现有的研究较少涉及爆炸荷载作用下对桥梁的整体响应和损伤特征分析，本文主要研究爆炸荷载作用下桥梁的动态响应，采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立桥梁和炸药的模型，模拟炸药起爆后桥梁的动态响应，探究桥梁在爆炸荷载作用下呈现局部损毁的特征，找出影响桥梁关键部位抗爆性能的因素，在此基础上找到提高桥梁关键部位抗爆性能的方法，为桥梁安全评估提供依据。本文的主要研究内容如下：
　　（1）爆炸荷载是一种冲击荷载，冲击波是一种强烈的压缩波。炸药爆炸后，空气冲击波脱离爆炸产物独立的向外传播，随着冲击波的传播，其正压区不断拉宽，波阵面的压力、传播速度参数会迅速下降，并且初始阶段衰减的快，后期阶段衰减缓慢，其衰减呈指数衰减。实际中爆炸空气冲击波特别复杂，在实际工程应用中通常将其简化为线性下降三角形冲击波压力衰减曲线。
　　（2）快速加载会使材料的内部发生一系列的变化，其应力—应变关系愈发复杂，强度、弹性模量、阻尼比等特征参数均发生不同的变化。在爆炸荷载的作用下，混凝土的应变速率通常采用强度的动力增大系数DIF来表示。
　　（3）以高速公路预应力混凝土连续刚构桥为例，建立桥梁模型，定义接触，对桥梁模型施加约束以及爆炸荷载，进而选取了三种不同的加载工况对桥梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行分析，从而得出桥梁的破坏方式和破坏形态。结合对桥梁的动态分析，根据爆炸发生的位置，判断对桥梁的破坏是局部破坏还是整体破坏。同时提出了桥梁加固的主要技术措施，重点阐述了碳纤维布加固桥梁的方法和技术措施。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的提出及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文研究的方法及路线

2 爆炸荷载及混凝土结构的基本理论

2.1 爆炸基本现象

2.2 爆炸冲击波及其传播规律

2.3 钢筋混凝土结构的本构关系

2.4钢筋混凝土典型受力构件的破坏形态

2.5爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的受力特点

2.6 本章小结

3 爆炸荷载作用下钢筋混凝土桥梁的损伤机理

3.1 爆炸荷载的简化

3.2 材料应变率效应

3.3 钢筋混凝土结构的有限元模型

3.4 爆炸作用下桥梁的破坏形式

3.5 本章小结

4基于ANSYS/LS-DYNA下钢筋混凝土桥梁的动力响应分析

4.1有限元动力分析流程

4.2 实例概况

4.3 桥梁模型的建立

4.4 接触的定义

4.5 模型的约束及加载

4.6 损伤特性分析

4.7 本章小结

5 钢筋混凝土桥梁的抗爆加固

5.1建筑结构抗爆设计的研究现状

5.2桥梁结构抗爆设计的计算原则

5.3桥梁抗爆的加固技术

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 存在的不足与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表论文

参考文献