车致爆炸作用下装配式桥墩损伤模式及安全防护距离

为评价在役装配式桥墩的抗爆性能并建立其安全防护距离,结合已有现浇桥墩及装配式桥墩爆炸试验结果,进行了材料损伤本构、空气和炸药状态方程及接缝分析参数的验证.在分析参数验证的基础上,采用Autodyn冲击分析软件,进行了三种连接方式下装配式桥墩的车致爆炸性能分析.分析结果表明,当爆炸距离小于2 m时,三种装配式桥墩均表现出墩底区域冲剪破坏.爆炸距离大于3 m时,无粘结预应力装配式桥墩及灌浆波纹管装配式桥墩在爆炸冲击波作用下,表现出墩底接缝的有限滑移,部分装配式桥墩表现出典型的弯剪破坏模式.结合桥墩损伤分布、墩底加速度时程、钢筋应力分析结果表明:以不倒塌理念进行三种装配式桥墩抗爆防护时,其安全防护距离均为3 m.

爆炸荷载下高性能混凝土防护钢筋混凝土矩形墩动态力学响应研究

为揭示高性能混凝土(High-Performance Concrete,HPC)防护钢筋混凝土矩形墩在爆炸冲击荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,以某跨大堤连续刚构桥钢筋混凝土矩形墩为研究对象进行有限元分析。基于K&C和C&S材料动态本构模型,采用ANSYS/LS-DYNA建立HPC防护前、后的钢筋混凝土矩形墩数值分析模型,对比分析爆炸荷载作用下HPC防护前、后钢筋混凝土矩形墩的动态力学响应,研究防护层厚度(20、30、40 cm)、TNT当量(275、300、325、350 kg)、TNT爆炸距离(10、9、8.5 m)对桥墩抗爆性能的影响。结果表明:HPC防护层能够提升钢筋混凝土矩形墩抗爆性能;采用40 cm厚防护层时,桥墩未出现大面积损伤;TNT当量是影响桥墩损伤特征的重要因素,TNT当量增至350 kg时,桥墩变形、箍筋及主筋应力均显著增加;同等防护条件下,桥墩损伤区域随TNT爆炸距离的减小而显著增加。进行桥墩抗爆防护设计时,应以TNT当量和TNT爆炸距离等条件为基础,设置合理的设防目标。

爆炸荷载下钢筋混凝土桥面板损伤机理研究

为揭示钢筋混凝土桥面板在爆炸荷载作用下的动态力学响应及损伤机理,在RHT动态本构和显式动态数值分析模型合理性验证的基础上,研究了不同TNT当量、板厚度以及钢筋直径对桥面板受爆力学性能的影响。研究结果表明:基于RHT动态本构的显式动态数值分析结果与构件抗爆试验表征一致,能够反映结构在爆炸荷载下的动态力学响应和损伤机理。TNT炸药当量是影响钢筋混凝土桥面板破坏形态的主要因素,在小当量条件下(2 kg TNT),结构发生轻微损伤,板在2个方向力学特征与单向桥面板的受力规律一致,同时应力及变形时程曲线呈自由振动特征,振动周期为3.68 ms。TNT当量逐渐增加时(5,10 kg TNT),桥面板在数毫秒内发生损伤,板在2个方向最大正应力逐渐趋于一致,损伤特征主要表现为局部冲剪破坏,刚度下降后导致其振动频率降低,振动周期分别增加至4.38,8.64 ms。TNT当量进一步增加时(20 kg TNT),结构直接发生大范围冲剪破坏,并迅速失效。板厚增加能够显著提升结构的抗爆性能,增加13%及30%时,损伤区域范围分别降低57.5%及82.5%。钢筋直径增加时,在一定范围内提升了结构刚度,但对于结构的整体抗爆性能改善并不显著。