近场爆炸作用下钢箱梁抗爆性能研究

为研究钢箱梁的抗爆性能,基于ALE多物质流固耦合理论,采用LS-DYNA软件开展近场爆炸作用下钢箱梁的数值模拟,根据钢板爆炸试验验证了模拟方法的准确性,开展钢箱梁损伤及压力场分析,进一步就不同炸药当量、不同钢板厚度及不同加劲肋布置展开参数化分析。研究结果表明:爆炸荷载作用下钢箱梁的破坏形式主要可分为塑性变形和破裂开口两种;爆炸冲击波破坏顶板后在翼板处狭小的空间内,封闭效应显著,箱梁内部超压峰值最大发生在顶板最靠近爆点的加劲肋处;结合抗爆性能、经济性和桥面铺装推荐2 cm为钢箱梁顶板最优厚度;加劲肋与顶板可看作一个熔断体系,利用加劲肋和顶板相对刚度的差别,可以将破损区域限制在两加劲肋之间。

岩石强度的一种新判据

本文提出了岩石概率强度的概念,运用统计断裂力学理论,建立了岩石所含缺陷的多类裂纹模型,并得出了此模型下岩石强度的概率判据,理论分析与实验结果吻合较好。

基于薄板理论的混凝土桥梁近场抗爆方法研究

以近场爆炸条件下的混凝土桥梁为研究对象,结合现有公路桥梁多采用梁板式混凝土,其桥面板具有高宽比和高跨比都比较小的特点,将桥面板做整体薄板考虑,基于动力薄板理论提出具体的动态控制方程,开展爆炸荷载作用下混凝土梁板式桥梁动力特性研究,并通过理论分析结果与实测数据的对比分析,验证了基于薄板理论开展常规梁板式混凝土桥梁抗爆性能研究的有效性与可行性.同时提出合理控制比例距离是实现桥梁结构抗爆设计的有效途径.

脆性材料概率强度的研究

本文基于混凝土材料的破坏性实验,建立了材料内部缺陷的多类裂纹模型,并由此推导出了脆性材料的概率强度分布式.理论分析与实验结果吻合较好.

振动模态控制反馈增益的一个解析解

详细研究了结构振动模态控制中反馈增益的解析解．数值模拟表明，解析解具有计算精度高、计算时间短。

孔底岩石动态反应有限元分析方法

本文针对计算孔底岩石动态反应在计算方法上存在的困难,研究了一种新的有限元分析方法——广义函数变换法,导出了以M_k为核函数下的计算格式,并对其算法的稳定性进行了研究,该方法编程简单,计算量少,对孔底岩石动态反应这类复杂问题的分析特别适用,也可作为一般工程结构有限元分析的方法。

双柱墩实桥爆炸试验与动力响应分析

为了研究爆炸荷载作用下钢筋混凝土(RC)桥墩的抗爆性能,对一座三跨简支梁桥的圆形截面双柱墩开展了实桥爆炸试验,分析了双圆柱桥墩在接触与非接触爆炸荷载作用下的破坏特征、损伤程度及动力响应。结果表明:因试验药量以及构件尺寸的变化,实桥桥墩破坏模式由模型试验时局部冲切破坏模式转变为受弯破坏模式,但破口处伴随局部受压裂缝与斜剪裂缝,且横、竖向破损尺度与对应方向上的截面刚度相关;此外,破口处的钢筋屈服后形态特征与常规受弯破坏存在差异;与接触爆炸相比,非接触爆炸的能量耗散更快,相同药量时破坏程度明显更小。由于实桥构件尺度较大,墩身迎爆面对冲击波的阻挡作用明显,进行实桥墩身抗爆分析时绕射波的影响可以忽略,但必须考虑桥下空间的约束效应与地面和护坡等构造物对冲击波的反射作用。在墩柱结构的抗爆设计及简化分析时,双柱墩纵桥向可简化为一端固结一端铰支的结构,横桥向可简化为两端固结的结构。

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响,结合流固耦合理论,采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型,开展不同炸药条件,不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明:①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化,小当量炸药条件下,混凝土梁体表现为传统的受弯构件,随着炸药当量增加,梁体迎爆面出现压溃破坏,继续增大炸药当量,梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大,导致截面抗压能力减弱,梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断;②当中等炸药当量在梁上方爆炸时,按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右,反之,当其在梁体下方爆炸时,由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降;③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸,跨中爆炸时梁体受力最为不利,爆点位于支座处梁体上方时,由于支座的边界约束作用,梁体动力响应和损伤较小;④同等炸药当量条件下,爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变;⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显,有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。

近场爆炸时混凝土桥梁压力场与响应分析

为研究近场爆炸条件下混凝土桥梁的力学响应,基于爆炸基本理论,采用数值仿真方法,开展不同比例距离、桥面爆炸、桥下爆炸等近场爆炸条件下混凝土桥梁的压力场分布研究,并通过具体的实桥分析验证研究成果的有效性。研究结果表明:在装药量或装药距离相同条件下,比例距离变小,超压峰值将显著增大,装药的缩尺会存在明显的畸变效应;桥梁下方爆炸时梁肋间冲击波多次反射作用和密闭空间约束效应明显,且越接近翼板部位,冲击波的封闭效应越显著;车载炸药在桥面上方爆炸时车体钢板对冲击波传播的阻挡效应非常明显,进而可能使桥面板出现剪切破坏、弯剪破坏、弯曲破坏或直剪破坏等破坏区域。