桥梁结构遭受地下隧道内爆炸冲击作用下的动力响应研究

摘要

地下隧道内爆炸，附近地表上的建筑物将产生一定的响应，并且产生一定的破坏作用。本文针对连续梁桥、桁架桥、斜拉桥等三类不同桥型结构在遭受邻近地下隧道内爆炸作用下的动力响应进行了系统研究。主要研究工作及成果如下：
　　 (1)应用ABAQUS软件建立了适用于爆炸荷载下的地基土、混凝土材料以及钢材的本构模型；应用LS-DYNA软件建立包括炸药、空气和隧道壁在内的三维模型，计算得到隧道内壁的超压荷载；选用混凝土塑性损伤模型和Drucker-Prager准则来分别建立混凝土材料和土体介质的本构模型；引入三维一致粘弹性边界单元处理半无限地基；采用主从接触面模型模拟土-结构相互作用；针对连续梁桥、桁架桥、斜拉桥等三类不同桥型结构在不同位置爆炸荷载作用下的响应、在同种爆炸荷载作用下桥梁上不同位置的响应以及在不同水深下桥梁结构上的响应，本文进行了对比分析。对于连续梁桥在无水状态下的工况，本文通过在LS-DYNA软件中的模拟，与在ABAQUS软件中模拟的结果进行比较，从而验证本文方法的有效性和合理性。
　　 (2)连续梁桥结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，爆炸荷载位置以及桥体上的不同位置是决定爆炸响应的主要因素。当改变水深时，发现主要影响到连续梁桥的应力峰值大小，对于位移峰值和加速度峰值的影响比较小。总体上，改变水深时，连续梁桥上所取节点的响应随水深增加而逐渐减小。即在枯水期时响应最大，正常水位期时响应大小次之，汛期时最小。
　　 (3)桁架桥结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，桁架桥上节点的主要变形方向是沿横向。且总体规律是越靠近爆炸源，响应越大。当改变水深时，桁架桥上所取节点的响应遵循的规律比较复杂。
　　 (4)斜拉桥结构在邻近地下隧道内爆炸荷载作用下，当爆炸荷载作用在隧道中部时，桥体上所取节点响应基本上是对称的。且当爆炸荷载作用在隧道中部时，桥跨中处节点的应力峰值基本上是最大的，当爆炸荷载作用到隧道两端处时，桥跨中处节点的应力峰值最小。当改变水深时，斜拉桥上所取的节点的响应所遵循的规律比较复杂。拉索内力峰值总体上符合随水深的增加而减小的规律。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1爆炸及爆炸事故

1.2桥梁的发展及爆炸波传播规律

1.3抗爆领域的国内外研究现状

1.4本文的研究内容与方法

第二章隧道-土-桥梁结构-水体系动力计算的基本理论

2.1隧道内壁上的爆炸超压荷载

2.2 ALE方法理论

2.3主从接触面模型

2.4地基土的弹塑性本构模型

2.5混凝土的损伤模型

2.6钢材考虑损伤累积效应的本构模型

2.7流体状态方程

2.8在LS-DYNA中建立的模型与ABAQUS中建立模型结果对比

2.9本章小结

第三章连续梁桥在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

3.1连续梁桥模型的建立

3.2数据的处理

3.3本章小结

第四章桁架桥在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

4.1桁架桥模型建立

4.2模态分析

4.3数据处理

4.4本章小结

第五章斜拉桥在地下隧道内爆炸荷载作用下的动力响应分析

5.1模型选取

5.2模态分析

5.3数据处理

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢