桥梁控制爆破拆除的数值模拟与爆破方案优化

摘要

目前，我国公路交通基础建设势头趋于缓和，在桥梁工程市场，改扩建项目的市场份额稳步增长，拆除工程也逐渐成为新兴的热点行业。然而，当前最常用的控制爆破拆除技术，其规范仍处于定性设计的范畴，理论研究落后于工程实践，爆破事故时有发生，限制了此技术的发展。
　　若能借助日新月异的计算机数值模拟技术，实现桥梁爆破倒塌全过程的可视化预测，则可摆脱对规范中经验公式的过分依赖，提出更有针对性的爆破设计优化方案和施工安全防护方案，完成爆破拆除工程从“粗放”到“精细”的跨越。为此，本文主要研究了如下内容：
　　首先，综述了桥梁爆破拆除中常用的技术手段，归纳出了桥梁倒塌破坏的基本模式，据此建立简化的力学模型，分析了影响爆破缺口参数的主要因素。
　　其次，提出了以LS-DYNA求解器为核心的多软件联合建模求解法，以高效求解桥梁倒塌这一复杂显式动力问题。
　　再次，根据倒塌过程中材料的力学行为，探讨了合适的单元类型和材料模型的选择，确定了控制材料失效、接触碰撞、计算方法等的一系列参数。
　　接着，利用上述方法，成功模拟了桥梁爆破拆除中两个最具代表性的工程实例——倒向空间受限高墩的定向爆破拆除和拱桥多段延时起爆、一次性坍塌拆除。
　　最后，根据模拟出的动态倒塌结果，评价了初拟爆破方案中切口参数、起爆顺序及延时间隔的合理性，并提出了相应的缺口优化方案和施工安全防护措施。
　　研究结果表明，桥梁爆破坍塌全过程的数值模拟结果符合预期，可多角度、分部件地观察倒塌姿态、爆碴块度大小及爆堆形态，实现了爆破效果的可视化预测，推动了爆破技术的创新和精进，对桥梁爆破拆除工程的实施具有指导意义。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2桥梁拆除现状

1.3爆破拆除发展趋势——从“控制爆破”到“精细爆破”

1.4国内外爆破拆除理论研究发展现状

1.5数值模拟技术在桥梁爆破拆除中的应用

1.6研究目的与意义

1.7本文主要的研究内容和方法

第二章 桥梁倒塌破坏机理与控制爆破拆除方案设计

2.1桥梁爆破方案设计的基本原理

2.2桥梁爆破拆除方式

2.3桥梁倒塌破坏机理研究

2.4桥梁倒塌过程动力学分析

2.5本章小结

第三章 桥梁爆破拆除过程动态数值模拟方法

3.1数值模拟软件的选择

3.2建模前规划分析方案

3.3前处理

3.4加载求解

3.5后处理

3.6本章小结

第四章 桥梁拆除爆破数值模拟及参数优化

4.1倒向空间受限的高墩爆破拆除数值模拟

4.2拱桥定向爆破拆除数值模拟

4.3本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢