摘 要

为了研究在爆炸冲击作用下 钢筋混凝土桥墩的损伤机理，本文利用爆炸基本理论来分析建立模型，开展了在爆炸作用下的钢筋混凝土桥墩的数值模拟与破坏模式的研究。应用软件对爆炸作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析。

论文主要研究了，在爆炸冲击荷载作用下，钢筋混凝土桥墩的外形以及内部构造，例如箍筋与纵筋的损伤。

研究结果表明：在爆炸冲击荷载作用下 钢筋混凝土柱的表层混凝土率先开始剥落 受到约束的柱脚和柱顶处的混凝土发生了冲剪破坏 同时，在持续的横向变形作用下，钢筋混凝土柱整体发生弯曲，产生一系列的横向裂缝。

关键词：混凝土桥墩；爆炸冲击；损伤分析

Abstract

In order to study the damage mechanism of the concrete pier under the impact of explosion, based on the basic theory of explosion, the numerical simulation and failure mode of the concrete pier under the impact of explosion are studied. Using LS-DYNA software, the damage process and failure mechanism of reinforced concrete columns under explosion are simulated.

This paper mainly studies the damage of concrete pier's shape and internal structure under the impact of explosion.

The results show that: under the blast impact load, the surface concrete of reinforced concrete column begins to peel off, the confined column base and column top concrete are damaged by punching and shearing, and the whole column is bent under the continuous lateral deformation, resulting in a series of transverse cracks.

Key Words：Concrete pier; Blast impact; Damage analysis

目 录

第1章 绪论·································1

1.1 绪论·································1

1. 爆炸相关理论·····························2

2.1 爆炸相关理论····························2

1. 数值模型·······························4

3.1 数值模型·······························4

1. 材料模型·······························6

4.1 空气和炸药模型····························6

4.2 钢筋模型·······························6

4.3 混凝土模型······························6

1. 数值模拟·······························8

5.1 损伤机理分析·····························8

1. 结论·································13

6.1 结论································13

参考文献··································14

致谢····································15

1. 绪 论

1.1 绪论

近年来，由偶然爆炸或者恐怖袭击所引发的桥梁爆炸事故已日益增多 与此同时，正值2020年全面建成小康社会，各大城市建设快速发展，废旧楼房利用爆破拆除的方式，也日益增多^【1】 但现行的桥梁设计规范，尚未考虑爆炸荷载对桥梁，特别是桥墩的冲击作用，也没有提出相关的构造要求^【2】。所以桥梁结构一旦发生爆炸破坏，桥梁桥墩的安全性能必会大大降低 非常容易造成极其严重的经济损失与社会影响。桥墩结构是确保桥梁整体性与安全运营的关键承重部件 其是否损毁将直接决定桥梁结构的安全性及运营条件。因此，了解钢筋混凝土桥墩的损伤机理，针对其损伤进行加固预防，使得桥梁的安全性大大增强非常有必要。所以，对于桥梁结构 尤其是其墩柱结构开展在爆炸冲击下的损伤机理研究，显得尤其重要^【3】。

桥梁结构，是开放性的公共交通设施 通过汽车运输，爆炸物可直接到达或者近距离接近桥墩构件 发生爆炸时，钢筋混凝土桥墩结构往往承受近场爆炸荷载的直接作用 且钢筋混凝土墩柱的破坏模式也将随爆炸荷载条件改变而改变。目前 国内外已开展的钢筋混凝土墩柱结构的抗爆性能研究非常多，例如如孙珊珊就对爆炸荷载下 钢管混凝土柱抗爆性能进行了独特的研究^【4】 焦熵烽等人对爆炸荷载下 不同约束的钢筋混凝土柱做出了不同的响应分析^【5】；魏雪英等人就研究了 钢筋混凝土柱在不同比例距离下的抗爆性能的差异^【6】 侯延利对在爆炸冲击荷载作用下 钢筋混凝土柱进行了充分的动态响应分析^【7】 贾昊凯对受爆炸荷载的钢筋混凝土柱和板进行了数值模拟，并且采用了结构剩余承载力的方法 评定了钢筋混凝土柱的损伤程度^【8】 师燕超等人研究了，钢筋混凝土在爆炸荷载作用下，其动力响应和破坏模式^【9】；龚顺风等人，对钢筋混凝土柱在近爆作用下，有什么样的损伤机理做出了研究^【10】；等人开展了爆炸荷载作用下一般抗震设计混凝土桥梁的建模、易损性评估和加固方面的研究^【11】；Canadian Architect等对近爆条件下地下洞室泡沫混凝土组合结构抗爆性能进行了数值研究^【12】；对超高强度混凝土和活性粉末混凝土的抗爆性能进行了大量的研究^【13】 최지훈对钢筋混凝土筒体结构在内爆炸荷载作用下的抗爆性能试验进行了客观的评价，研究了钢筋混凝土的内部爆炸的响应特性^【14】。

本论文拟基于爆炸基本理论 采用数值仿真的方法 针对钢筋混凝土方形桥墩结构在爆炸条件下的动态响应与破坏机理开展参数化研究 其主要内容包括 钢筋混凝土方形墩柱在爆炸中的响应特点 钢筋混凝土方形墩柱中主筋和箍筋的抗爆作用分析 钢筋混凝土方形墩柱在爆炸后的外形分析等。

爆炸相关理论

2.1 爆炸相关理论

爆炸开始发生时 炸药的能量在非常短的时间内瞬间转化为高温度高压力的气态爆轰产物 爆轰产物的能量绝大部分都转化为爆炸冲击波的形式 并且不断向外部扩散膨胀。取爆炸冲击波传播路径中的某一点分析，其压力变化过程如图2.1所示，该点的超压会随着爆炸冲击波的到来而急剧上升至最大值 然后逐渐降低 并出现负压区 最终回升至大气压^【15】。典型的爆炸冲击波随时间衰减表达式为