隨著區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源交換需求急劇下降，承載“油、汽、爆、化”的?；饭捃嚾找鏈p少。 汽車引起的爆燃事件層出不窮。 作為城市群或區(qū)域協(xié)調(diào)交通網(wǎng)絡中最重要的節(jié)點工程，橋梁結構的運行安全受到嚴重威脅。 橋梁的抗爆性能是目前國外學者密切關注并亟待解決的熱點問題。

目前，國內(nèi)外專家學者在橋梁抗爆研究領域進行了深入、系統(tǒng)的探索，主要集中在爆燃沖擊載荷試驗及數(shù)值模擬方法、橋梁抗爆性能及退化機理等方面，橋梁抗爆安全評價方法等，取得了豐碩的成果。 結果。

數(shù)值模擬為爆燃沖擊載荷提供有效參數(shù)

在抗爆研究實驗中，針對全點焊鋼柱節(jié)點在靜、動沖擊載荷作用下的力學性能測試和數(shù)值模擬，從截面受力和吸能兩個方面進行了研究。沖擊載荷，局部點焊接細節(jié)對接頭行為的影響得到改善，接頭塑性旋轉與輸入沖擊能量之間的簡化關系得到改進，如圖1所示。

圖1 沖擊載荷作用下點焊主梁-柱節(jié)點試驗與數(shù)值分析

通過對爆燃荷載作用下簡支混凝土柱動力特性的數(shù)值研究，模擬了爆燃荷載引起的撓度波在柱截面和柱高方向的傳播，以及鐵管在爆燃荷載作用下的防護作用，如圖如圖2所示。 結果表明，爆燃荷載作用下柱截面的變形主要分為壓縮階段和膨脹階段兩個階段，其中混凝土管片的破壞主要發(fā)生在后期。

圖2 爆燃荷載作用下預制混凝土節(jié)段柱撓度波傳播及結構響應

通過全尺寸爆破試驗研究，測試了混凝土基組合橋墩在近距離爆破荷載作用下的抗爆性能，分析了近距離爆燃對試件造成的破壞。 所有測試的復合材料樣品均表現(xiàn)出明顯的分層、分層、復合材料的不均勻性，將內(nèi)部回彈引起的爆燃損傷轉化為分層損傷。 對發(fā)生在道路上的恐怖爆燃車禍進行了三組簡支T梁模型試驗。 隨著爆燃當量的降低，簡支鋼筋的破壞程度減緩，錨桿裂縫數(shù)量減少。 梁的破壞形式為“X”形，主梁側破壞形式大致為“I”形。 混凝土裂縫數(shù)量增加，裂縫深度減小，裂縫尺寸減小。 簡支T梁的局部破壞模式由淹水破壞演化為貫穿破壞，殘余承載力逐日增大，如圖3所示。

圖3 三種試件損傷狀態(tài)對比

【摘要】：采用碳纖維增強聚合物(CFRP)對接觸爆燃作用下的鋼筋混凝土橋面板進行保護,并在現(xiàn)場進行了爆燃試驗,分析了鋼筋混凝土橋面板的損傷發(fā)展及CFRP的保護效果。 發(fā)生局部損壞。 通過對接觸爆燃下超高性能水泥基復合鐵管試件殘余軸向承載力的試驗研究，進行了相應的數(shù)值模擬。 分析了鐵管的長度和硬度、核心混凝土的抗壓硬度、立柱半徑等相關參數(shù)，以及局部彈坑深度、爆炸后殘余軸向承載力，以及相應的影響。損傷指數(shù)可為接觸爆燃條件下超高性能水泥復合鐵管試件的爆燃后性能評價和設計提供有益參考。 在抗爆數(shù)值模擬技術與技巧方面，基于等效單自由度模型理論，改進了鋼筋混凝土梁抗爆分析的直剪單自由度法，提出了直剪和彎剪接頭破壞的判斷準則，并給出了結果。 兩種失效模式下鋼筋混凝土梁動態(tài)響應的估算方法。 考慮爆燃荷載作用下鋼筋混凝土梁的彎曲破壞、直剪破壞和彎剪聯(lián)合破壞，提出了一種改進的鋼筋混凝土梁預制構件爆炸分析等效單自由度法。 通過研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)荷載相比，板-混凝土組合結構（SPCCS）在爆燃沖擊荷載作用下的熱力特性和劣化過程存在明顯差異。 基于數(shù)值模擬方法，研究厚板和支腿厚板在爆燃作用下的動力響應和失效模式，分析不同工況下導墻、板肋和U肋在爆燃載荷下的動力響應和失效模式. 結果表明，U型肋具有較好的抗爆性能，支腿板的破損程度與支腿肋的數(shù)量密切相關，減少U型肋端部擱板有利于提高厚板的抗扭性能。

利用非線性有限元軟件ANSYS/模擬簡支混凝土板的爆燃試驗和雷管驅動的預制大炮試驗，研究了簡支空心板梁在爆燃波、破片聯(lián)合作用下的動力響應差異。負載和三個被研究。 同時采用參數(shù)化分析方法研究張拉控制撓度、預應力損失水平、混凝土硬度、普通鋼縱筋彎矩率、箍筋寬度對空心板梁動力響應的影響。 結果表明，預制構件的抗爆性能隨著張力控制撓度的減小而增加； 在相同的張力控制撓度下，雖然預制構件的撓度損失程度不同，但其抗爆性能基本相同； 鋼筋混凝土硬度對預制構件的抗爆性能影響不大； 普通鋼縱筋彎矩比的增加在一定范圍內(nèi)可略微提高預制構件的抗爆性能； 隨著翼緣寬度的減小，預制構件的抗爆性能明顯降低。

通過對國內(nèi)外爆燃載荷減緩研究的系統(tǒng)總結，發(fā)現(xiàn)所有應用方法在增強結構剛度和延展性、減少甚至避免飛散碎片方面都具有很高的潛力。 通過對鋼筋混凝土結構在沖擊荷載和爆燃荷載作用下的研究，提出了一種基于RC梁剩余抗彎承載力的損傷指標，用于評價不同RC梁在沖擊荷載和爆燃荷載聯(lián)合作用下的破壞程度。爆燃載荷 梁的脆弱性隨重要的結構參數(shù)（例如梁深度、跨度長度和鋼筋配置）而變化。 如圖4所示。

圖 4 鋼筋混凝土梁在沖擊荷載作用下的理論響應

橋梁抗爆性能及劣化機理

為研究混凝土橋梁在近爆荷載作用下的受力和破壞特征橋梁墩柱爆破拆除方案，采用ALE流固耦合分析理論，在解析模型的基礎上橋梁墩柱爆破拆除方案，進行了不同雷管當量作用下的試驗，橋面跨中位置爆燃，支點位置爆燃。 結構撓度場與損傷特性研究。 為研究斜拉橋在爆燃荷載作用下的動力響應，對斜拉索在近爆作用下的抗爆性能進行了分析，對拉索的撓度和破壞進行了研究。 -stay進行了分析，進一步對非圓比例距離進行了參數(shù)化分析。 分析表明，在近場爆燃載荷作用下，斜拉索不會發(fā)生斷裂，其失效模式為撓度超過屈服撓度引起的失效。 安全比例距離為0.287m/kg1/3。 將薄壁方管置于爆燃場進行沖擊實驗，借助非線性動態(tài)有限元程序LS-DYNA完整的重啟功能和流固耦合算法，對薄壁方管的非線性動態(tài)響應進行了研究。方管在單次爆燃和重復爆燃載荷作用下的過程三維數(shù)值模擬。

【摘要】：為研究彈藥接觸爆燃工況下鋼筋混凝土板的動力響應和損傷模式,基于量綱分析,對接觸爆燃條件下鋼筋混凝土板的損傷特性(正面損傷區(qū)半徑、侵徹區(qū)半徑和半徑反向坍塌區(qū)）和圓柱裝藥半徑與縱橫比之間的無量綱關系。 在大量數(shù)值估算的基礎上，歸納出裝藥半徑、長徑比與鋼筋混凝土板破壞特征之間關系的經(jīng)驗公式，為重要鋼筋混凝土板的損傷評估提供了一定的參考。建筑物、橋梁和防護結構。 現(xiàn)場接觸爆轟試驗和隨后的軸壓試驗研究表明，完好柱和爆燃破損柱在軸壓下均表現(xiàn)出斜剪破壞。 在研究新型減振隔音材料三元局域共振超材料（LRM）在土木工程中的應用時，采用解析推導和數(shù)值計算的方法分析了三元LRC結構在爆燃載荷作用下的機理和性能。模擬。 材料（自然級配和鉛）、不同彈性撓度和軟鍍層長度對三元 LRC 結構響應的影響。 還發(fā)現(xiàn)三元LRC在爆燃載荷作用下能有效降低自身結構的損傷。

在研究鐵管混凝土拼接柱的爆破性能時，通過鐵管混凝土拼接柱的現(xiàn)場爆破試驗數(shù)據(jù)和拼接柱室外沖擊試驗分析，將鐵管混凝土拼接柱與傳統(tǒng)整體柱進行對比和預應力柱。 對整體柱的抗爆性能進行了參數(shù)化對比分析，探討了填充混凝土硬度、鋼皮長度、預應力比、節(jié)段數(shù)等因素對節(jié)段柱抗爆性能的影響。 減少板長可有效提高鐵管混凝土節(jié)段柱的抗爆性能，同時提高混凝土硬度、預應力和節(jié)段數(shù)，提高鐵管混凝土節(jié)段柱的沖擊承載力. 如圖5所示。

圖 5 分段和整體 CFSC 柱模型示意圖

借助商業(yè)軟件，采用基于全耦合拉格朗日模型和歐拉模型的多歐拉域方法，探討車輛爆燃作用下鋼-混凝土組合橋的損傷機理。 結果表明，在爆燃荷載作用下，橋梁破壞經(jīng)歷了彈塑性、塑性和全斷面塑性鉸三個階段。 但當支座發(fā)生爆燃時，主梁的剪切破壞先于彎曲破壞發(fā)生，兩者作為控制激勵決定了結構的抗爆能力。 通過研究4個不同碳纖維布配筋率的鐵管拱在沖擊荷載作用下的動力響應發(fā)現(xiàn)，增加碳纖維布配筋率和混凝土硬度可以提高管拱的抗爆破性能，如圖6所示在此基礎上，建立了拱剩余承載力與破壞程度之間的關系，提出并討論了一個簡化的理論模型，可用于預測拱的極限承載力。

圖6 CFRP管拱的爆燃響應及損傷評估

通過研究不同截面形狀鋼筋混凝土柱在接觸和近距離空氣爆燃作用下的損傷特性和動力響應鄉(xiāng)村石牌坊，以及不同截面形狀鋼筋混凝土柱在水下爆燃荷載作用下的抗爆性能，進行了比較。 接觸爆燃和近距離爆燃下鋼筋混凝土柱的非線性動力響應特性及損傷機制[J]. 無論是空中爆燃還是水下爆燃，截面形狀對立柱的抗爆性能都有顯著影響。 采用矩形截面可以有效提高立柱的抗爆性能，如圖7所示。

圖7方柱實驗裝置

通過試驗獲得跨界小箱梁橋的爆破性能和破壞機理。 研究表明，當梁發(fā)生爆燃時，會導致混凝土嚴重裂縫和鋼筋裂縫。 由于損壞板釋放的能量，局部損壞和消散振動在路面上方爆燃期間受到限制。 因此，減小梁的寬度，引導爆燃車的行進路徑，可以有效降低橋梁坍塌的風險。 研究了超高性能水泥基復合鐵管試件爆燃后的剩余抗震性能，以及沖擊荷載和爆燃荷載共同作用下中高層建筑鋼筋混凝土柱的損傷及動力響應進行了理論上的分析，如圖8所示。 通過估算時滯參數(shù)的影響發(fā)現(xiàn)，當沖擊力達到峰值時，在連續(xù)爆轟的作用下，立柱可能遭受更大的剪切力，整體破壞更嚴重。 據(jù)悉，在組合荷載情況下，荷載作用于柱中部高度，損傷指標對軸壓比和沖擊速度參數(shù)的敏感性閾值與估計閾值不同僅在沖擊和爆燃載荷下的值。

圖8 柱爆燃試驗

對普通圓形鋼筋混凝土橋面板和圓形簡支混凝土橋面板進行了頂部爆燃試驗，分析了近距離爆燃荷載作用下預制拼裝鋼筋混凝土橋面板的動力響應和破壞機理。 預制拼接鋼筋混凝土橋面板在頂部爆燃區(qū)存在局部拼接破壞，由于混凝土擠壓撓度，在爆燃區(qū)以上的其他拼接段形成豎向裂縫和混凝土擠壓，拼接界面限制爆燃引起的偏轉流動傳播。 通過對鋼筋混凝土柱的試驗，闡述了縱筋用量大的詳細設計對結構的影響。 采用詳細設計可以提高立柱的抗爆性能，從而降低立柱高度的最大位移和殘余位移，更好地控制裂縫，并能承受較大的爆燃載荷，如圖9所示。

圖 9 列示例詳細信息

通過材料損傷、斷裂和分離的非線性有限元法，對典型鋼筋混凝土橋面板柱的抗爆性能進行模擬，發(fā)現(xiàn)其抗爆承載力與混凝土硬度和彎矩率呈線性關系. 力影響最大。 雙層鋼纖維混凝土適度增強了抗爆性能，但增加一層鋼纖維絮凝層所提供的附加抗爆效果更大。

爆燃沖擊下橋梁安全預測的多種評價方法

采用基于現(xiàn)場實測頻率變化的鋼筋混凝土柱爆燃損傷快速評價方法，通過研究圓形鋼筋混凝土柱翼緣的環(huán)箍比、縱筋彎矩比和泊松比，頻率變化分析爆燃荷載前后鋼筋混凝土柱的變形。 根據(jù)柱的影響規(guī)律，擬合出柱損傷程度與頻率變化的關系式，通過在爆燃現(xiàn)場。 通過試驗提出了基于性能的鋼筋混凝土預制構件抗沖擊設計框架。 以鋼筋混凝土柱的抗爆設計為例，通過非線性有限元分析，得出所設計預制構件的抗沖擊性能狀態(tài)，對不符合設防標準的設計參數(shù)進行優(yōu)化，對柱進行抗爆設計。獲得滿足三標抗爆設防目標的設計參數(shù)。

為研究分段拼裝渡槽在爆燃沖擊下的失效模式及損傷評估方法，采用ANSYS/LS-DYNA構建了圓形截面整體橋臺與分段拼裝渡槽的三維立體分離模型。 通過改變爆燃TNT當量和爆燃距離，對比分析了不同超壓下整體橋臺和拼裝式渡槽的撓度變化、失效模式和損傷機理，提出了基于斷面損傷和渡槽橫向移動的渡槽損傷機理被提議。 爆炸傷害評估方法。 考慮到檢測和有限元建模的高度不確定性，提出了一種基于Jaya和樹種子算法（TSA）的混合群體智能結構損傷識別方法。 結構損傷被建模為單元撓度的減少，結構損傷識別被描述為一個優(yōu)化問題。 識別結果表明，所開發(fā)的C-Jaya-TSA結合非概率區(qū)間分析方法能夠準確識別結構損傷，如圖10所示。

圖 10 擬議混合 C-Jaya-TSA 流程圖

基于數(shù)值分析評價結構抗爆性能的建議程序包括： (1) 選擇嚴重影響整體結構性能的主要結構構件； (2) 建立由不同爆燃等級和位置組成的爆燃危險情景； (3)采用數(shù)值模擬爆燃評價元件。 通過案例評估，可以確定每個部件的臨界爆炸等級，找到對所考慮部件影響最嚴重的爆炸位置。 基于情景的評價方法有助于在未來設計中對既有橋梁和橋梁結構的爆燃荷載進行評價。 較低的性能。

抗爆研究是橋梁防災減災的重要交叉學科領域，也是近年來國內(nèi)外工程界高度關注的熱點課題。 在系統(tǒng)研究的基礎上建立橋梁運維安全保障體系，確保特殊工況下的安全是運維保障體系的重中之重。 目前抗爆研究主要以數(shù)值模擬為主，理論分析和實驗研究相對較少。 研究對象多為橋墩，理論分析不能充分考慮剪力連接件對結構的影響。 爆燃試驗難度較大，設備要求高，數(shù)據(jù)采集不完善，缺乏基礎試驗數(shù)據(jù)。 相關測試和測試技術仍是下一階段的重點和難點。

本文發(fā)表于/《橋梁維護與運營》雜志2021年第3期第15期

作者/崔闖張 北京大學 卜一智等

作者單位/東北交通大學土木工程學院