爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁桥的动力响应及安全评估

摘要

近几年，伴随着高速公路的快速发展，交通越来越快捷，人们的出行效率大大提高，桥梁作为高速公路的重要部分，扮演着独一无二的角色。桥梁在运营过程中，偶然情况下发生意外爆炸，致使桥梁在爆炸荷载作用下发生破坏，出现结构局部破坏等现象，严重时可能会发生桥梁倒塌事故，导致交通线中断，短时间内难以及时恢复交通，造成不可估量的后果。本文针对桥梁目前存在的这一现象，利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序建立数值分析模型，分析爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁桥的动力响应和安全评估，从数值模拟方法、动力响应及其影响参数以及安全评估几个方面进行研究：
　　（1）查阅大量相关文献和研究成果，对爆炸冲击波的特性进行总结，包括爆炸荷载分类、基本参数、相似定律、压力时程曲线衰减规律和爆炸荷载计算方法，确定本文爆炸荷载加载方式。
　　（2）基于显式动力学程序ANSYS/LS-DYNA确定爆炸荷载作用下钢筋混凝土板梁动力响应的数值模拟方法。以共用节点分离式建模方式建立钢筋混凝土结构，混凝土采用三维实体单元，材料模型采用能够考虑材料应变率和损伤的J-H-C模型，用极限应变定义混凝土的失效准则，钢筋采用三维梁单元，采用能够考虑应变率效应和失效的塑性随动材料模型。
　　（3）基于所确定的数值模拟方法，进行简支钢筋混凝土板梁在爆炸荷载作用下动力响应的数值模拟，分析动力响应结果，包括位移、速度、加速度、压力、主应力和钢筋轴向应力。研究参数对结构动力响应的影响规律，包括炸药当量、比例距离、混凝土抗压强度和纵桥向爆炸位置。
　　（4）爆炸荷载作用下桥梁可能会发生破坏，包括整体破坏和局部破坏，提出一个合理的安全等级评估标准，对炸后桥梁进行安全评估。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 爆炸作用研究现状

1.2.2 爆炸作用下桥梁的动力响应研究的现状

1.3 本文研究的主要内容与技术路线

第二章 爆炸荷载作用下混凝土梁桥的数值模拟

2.1 爆炸荷载作用简介及其特性

2.1.1 爆炸简介

2.1.2 爆炸荷载在介质中的传播

2.1.3 爆炸冲击波在空气中的衰减规律

2.1.4 爆炸冲击波参数

2.1.5 爆炸冲击波的反射

2.1.6 爆炸荷载分类

2.1.7 爆炸荷载的计算方法

2.2 爆炸荷载作用下混凝土梁桥的数值模拟

2.2.1 软件简介

2.2.2 LS-DYNA显性动力分析原理

2.2.3 特殊控制技术及功能

2.2.4 有限元模型的建立

2.3 本章小结

第三章 爆炸荷载对混凝土梁桥动力响应的参数分析

3.1 数值分析结果

3.1.1 位移

3.1.2 速度、加速度

3.1.3 压力

3.1.4 主应力

3.1.5 钢筋的轴向应力

3.2 影响参数分析

3.2.1 TNT当量

3.2.2 比例距离

3.2.3 混凝土强度

3.2.4 纵桥向爆炸位置

3.3 本章小结

第四章 爆炸荷载作用下混凝土梁桥的安全评估

4.1 爆炸荷载作用下梁体基本破坏状态

4.1.1 破坏状态基本分类

4.1.2 爆炸荷载作用下简支板梁破坏形态的有限元模拟

4.2 爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁桥的安全评估准则

4.2.1 安全评估准则的提出

4.2.2 安全指标的计算

4.2.3 安全等级评定标准

4.3 安全评估算例

4.3.1 工程概况

4.3.2 爆炸荷载作用下桥梁的安全等级评定

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢