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原文传递大跨度混凝土斜拉桥抗爆分析

论文题名：	大跨度混凝土斜拉桥抗爆分析
关键词：	爆炸荷载;混凝土斜拉桥;动力响应;破坏模式;预应力
摘要：	大跨度混凝土斜拉桥不仅是陆路交通线的关键节点，更是地标式的建筑，其安全性具有重要的经济、社会和军事意义。近年来，国内外发生了多起恐怖袭击和运输危险品车辆爆炸造成的桥梁损毁事件，关键桥梁结构面临爆炸荷载的威胁不容忽视。反观目前关于桥梁结构抗爆的研究现状还不够深入和广泛，桥梁规范也并没有相关的抗爆防护设计，对于大跨度混凝土斜拉桥的抗爆研究更是少之又少。因此有必要结合抗爆理论建立相应的数值模型，深入了解混凝土斜拉桥在爆炸荷载下的动力响应和损伤特性。　　本文以某典型混凝土斜拉桥为例，采用LS-DYNA、AUTODYN等显式动力学软件分别建立全桥实体模型和主梁局部模型进行抗爆分析，并就梁体预应力效应对抗爆性能的影响进行了探讨，主要成果如下：　　（1）首先从整体出发，建立某双主梁混凝土斜拉桥全桥实体模型。采用不同的荷载施加方法模拟爆炸荷载的施加，分析了爆炸荷载下斜拉索应力变化，对比分析了采用不同爆炸荷载施加方法时斜拉桥的动力响应和损伤情况。结果表明：斜拉索在爆炸荷载下直接破坏的风险较低，只有较大当量偏载作用时近爆点斜拉索有断索风险；使用不同的爆炸荷载模拟方法，三种工况斜拉桥最终都没有表现出灾难性的连续倒塌现象，斜拉桥混凝土主梁表现出局部破坏的特点；对于箱室结构等涉及到反射、绕流等现象的数值模拟，采用流固耦合法建模更加准确。　　（2）然后针对遭受爆炸荷载可能性最大的混凝土主梁，开展了混凝土主梁节段细化的数值仿真分析。重点研究了在不同爆炸位置、不同当量炸药作用时混凝土主梁动力响应和损伤特性，并就混凝土主梁不同构造对抗爆性能的影响进行了讨论。结果表明：斜拉桥混凝土主梁的破坏模式与爆炸位置和TNT当量均有关系；利用纵向加劲肋和桥面板刚度的相对强弱差别，可以有效阻止横桥向破口的拓展；在炸药当量不大的情况下，梁体纵向加劲肋能有效提高梁体的抗爆能力；箱梁结构在箱室较薄的顶板被击穿后，能量在箱室中较难耗散，体现明显的约束效应并引起更严重破坏。　　（3）最后就预应力对混凝土梁体抗爆性能的影响进行模拟分析。先选取某典型混凝土 T梁，建立有粘结预应力、无粘结预应力和无预应力混凝土梁实体模型，分析不同炸药条件下混凝土局部变形损伤发展、预应力钢束响应和混凝土梁的动力响应。最后就预应力对本文所研究的斜拉桥混凝土箱梁的影响进行了相关计算分析。结果表明：预应力效应对混凝土梁体抗爆性能的贡献取决于爆炸荷载作用位置；同等炸药当量条件下，爆心位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变；灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显。
作者：	张一峰
专业：	道路与铁道工程
导师：	胡志坚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文