桥面爆炸作用下RC曲线梁桥的动力响应分析及安全评估

作     者：雷向媛 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋国华

授予年度：2020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：曲线梁桥 破坏形态 动力响应 安全等级评估 爆炸荷载 

摘      要：曲线梁桥作为城市立交桥经常采用的一种形式,在交通运输中扮演着重要的角色。桥梁在运营过程中由于偶然爆炸事故和恐怖袭击等原因引起的安全事故不容忽视。炸药在桥梁关键位置爆炸时可能会导致桥梁的整体垮塌,造成交通瘫痪,给社会经济带来巨大损失。因此,研究曲线梁桥在桥面爆炸荷载作用下的破坏形态和动力响应,并依据炸后桥梁的损伤情况,运用合理、准确的安全评估手段对曲线梁桥及时进行安全等级评定具有重要意义,为桥梁抗爆设计及灾后加固提供理论依据。本文以中牟县某匝道桥中的一联四跨曲线连续箱梁桥为工程背景,建立了曲线梁桥、炸药和空气模型,运用流固耦合法和“三阶段法,研究了桥面上方不同位置、不同车型、不同比例距离、箱梁上方、下方接触爆炸和内部爆炸等作用下曲线梁桥破坏形态及动力响应的分析。根据曲线梁桥各构件在爆炸作用下的应变响应,提出一种用于评估炸后桥梁安全性的方法。主要得到以下结论:(1)通过对比桥面上方不同位置对曲线梁桥破坏形态及动力响应,得到了曲线梁桥的跨中轴线处是其抗爆薄弱位置,在进行抗爆设防时应重点考虑。(2)依据汽车炸弹规模及其底盘高度对汽车炸弹进行分类,分析不同车型爆炸下曲线梁桥的破坏机理,将其破坏形态分为三类:爆炸成坑、爆炸贯穿和爆炸冲切。研究表明,比例距离Z0.18 m·kg时,曲线梁桥失效单元总体积与比例距离之间呈y 70.75·x 5.7975的线性关系。不同车型爆炸时对曲线桥的安全性影响从低到高排序为:轿车炸弹小客车炸弹小货车炸弹卡车、罐车炸弹。罐车发生爆炸时,曲线桥桥面发生整跨倒塌。(3)通过改变爆炸高度分析比例距离对曲线桥的影响。固定炸药量750 kg T NT,分析爆炸中心距桥面板1.23 m、2.23 m、3.23 m时曲线梁桥的破坏形态及动力响应。结果表明,装药量相同时,比例距离越小,曲线桥破坏越严重。不同比例距离爆炸下,曲线桥失效单元总体积与其存在y11.5 x 4.82333的线性关系。(4)利用层次分析法,从构件—部件—单元—桥梁四个层次对曲线梁桥进行评估,计算出曲线梁桥的安全指数S,依据安全指数对桥梁进行安全等级评估。安全等级为五类。通过安全评估得到该桥能承受的最大TNT当量为1000 kg,超过1000 kg TNT当量可能会导致该桥的整体垮塌,安全等级降为五类。