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原文传递桥梁结构的爆破拆除数值模拟优化研究

论文题名：	桥梁结构的爆破拆除数值模拟优化研究
关键词：	桥梁结构;爆破拆除;内力分析;几何构造;强度理论;数值计算;绘图技术;计算机仿真
摘要：	近年来我国亟待拆除的危桥备受关注，虽然目前桥梁拆除工程中应用最多的是爆破拆除技术，但是这些技术的实施缺少理论计算方面的指导。本文着眼于优化、总结和归纳出一套适用于常见桥墩和桥型的爆破拆除设计方案，将内力分析、几何构造分析、强度理论、数值计算、CAD绘图技术和计算机仿真分析应用到桥梁的爆破拆除设计中，主要研究内容和成果如下：　　1、在保证切口角度满足倒塌应力条件和弯矩条件以及切口高度满足最小爆破切口高度的前提下，利用桥墩定向倒塌的数学模型推导出了圆形截面桥墩和矩形截面桥墩爆破切口角度和高度的计算公式，将实体桥墩、空心薄壁高墩和柱式桥墩三者的定向倒塌效果进行了数值模拟工程优化，并将其中的矩形实体桥墩、矩形薄壁高墩、圆形单柱式桥墩的爆破切口参数代入计算公式中进行了验证，模拟结果均成功实现了桥墩的定向倒塌。　　2、在对单跨拱式桥主拱圈自重作用下的剪力、弯矩、轴力和塌落弯矩分析的基础上，根据不同位置处爆破切口的形成顺序产生了不同的爆破设计方案，分别对钢筋混凝土拱桥、石拱桥在不同方案中的爆破拆除过程进行了数值模拟工程优化，并提取倒塌过程中部分阶段形态和落地破碎效果进行了对比分析，结果表明：将爆破切口设置在单跨拱桥的主拱拱顶和拱脚处就可以实现将其爆破塌落，主拱圈1/4跨部位、腹拱拱顶、拱上立柱三个位置的爆破切口可以作为备选。　　3、根据四跨连续梁桥在自重作用下主梁的弯矩和剪力分析结果、爆破切口的设计位置和形成顺序，系统地将连续梁桥的爆破拆除分为了10种方案，并对各方案中不同切口形成时的主梁塌落弯矩进行了简要的分析，对桥梁的不同爆破方案进行数值模拟工程优化并将其爆破倒塌和落地破碎效果进行对比分析，结果表明：爆破切口从桥梁一侧向另一侧微差形成时的倒塌落地形态如同“多米诺骨牌”效应；爆破切口从桥梁跨中向两侧微差形成时的倒塌落地形态近似呈对称“W”形；切口从桥梁跨中向两侧微差形成所用时间比切口从桥梁一端到另一端微差形成所用的时间少；主梁跨中设置爆破切口可以改善破碎效果。将模拟结果与实际爆破拆除效果进行了对比，两者较为接近，数值分析可以指导和优化工程实践。　　4、借助三跨刚构桥剪力、弯矩和轴力分析的结论，按照切口的设计位置和形成顺序系统地将刚构桥的爆破拆除分为了12种设计方案，并对每种方案中不同爆破切口形成时的主梁和桥墩塌落弯矩进行了简要的分析。对刚构桥的各爆破方案进行数值模拟工程优化并对各自的塌落过程和落地破碎效果进行对比分析，结果表明：爆破切口从桥梁跨中向两侧微差形成的塌落形态依次呈现出对称的“W”形和“倒梯形”；爆破切口从桥梁一侧向另一侧微差形成的塌落形态呈现出折叠形的“阶梯状”或者连续落地的“斜形”；爆破切口从桥梁跨中向两侧对称微差形成的落地时间小于从桥梁一侧向另一侧微差形成的落地时间；墩梁结合部位与桥墩底部的爆破切口同时形成可以节省落地时间。
作者：	冯剑平
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	黄平明
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文