城市桥梁爆炸失效机理及其安全评估方法研究

作     者：邢扬 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱劲松

授予年度：2014年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：城市桥梁 爆炸荷载 失效机理 安全指数 安全评估 数值模拟 

摘      要：城市桥梁作为陆地交通的咽喉，在国民经济和军事交通中均具有至关重要的地位和作用。它的建造不但方便了人们的出行，而且在高度快速、机动的现代生活中具有非常重要的地位。然而，随着日益严重的反恐形势，恐怖袭击或各种偶然爆炸等事故也越来越频繁，因此，炸弹爆炸所引发的城市桥梁爆炸失效问题越来越引起人们的重视。炸药在关键部位爆炸可能会给桥梁结构造成巨大的破坏，导致城市交通拥堵与中断，甚至造成大规模的人员伤亡。研究城市桥梁爆炸失效机理，及时地运用合理的方法确认出桥梁发生爆炸后的损伤状况，准确、科学地对桥梁结构的安全性进行评估具有重要意义。虽然对城市桥梁抗爆方面的研究已受到国内外研究人员和工程设计人员的广泛关注，但城市桥梁在爆炸荷载作用下的安全评估尚未得到足够程度的重视，取得的成果极其有限，很多成果无法直接应用于工程实践。因此，有必要提出一种实用且便捷的城市桥梁抗爆安全评估方法。基于已有成果，本文对城市桥梁爆炸失效机理及其安全评估方法开展了系统的研究，具体内容如下： 1、系统研究了爆炸基本现象、爆炸冲击波的基本理论，总结了爆炸冲击波各参数的经验计算公式。 2、系统阐述了爆炸荷载作用下城市桥梁失效机理与损伤机制的数值模拟方法。 3、根据爆炸荷载引起桥梁整体结构或者局部构件的损伤特点，并结合城市桥梁的现状，提出了一种用于评估爆炸荷载作用下城市桥梁安全性的数值模拟方法。首先提出了一种基于材料屈服强度和爆炸荷载作用后各控制截面上最大累积应力的安全指数的计算公式，然后分析城市桥梁在爆炸荷载作用下的动态响应，得到爆炸事故发生后桥梁控制截面上最大累积应力，从而计算出桥梁的安全指数，最终依据桥梁的安全指数对桥梁整体进行安全评估。 4、以国内某城市中心区主干道一座跨河的大型钢桁架组合拱桥为背景，建立有限元计算模型，运用大型非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该桥的动态响应以及安全性进行系统分析与评估，得出在不同计算工况下桥梁的安全性状况，另外，通过不同工况的计算结果的对比，获得炸药量、炸药所在的车道位置以及纵桥向位置对桥梁安全性的影响规律。