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随着区域经济的快速发展，能源交换需求急剧下降，承载“油、汽、爆、化”的危化品罐车日益减少。 汽车引起的爆燃事件层出不穷。 作为城市群或区域协调交通网络中最重要的节点工程，桥梁结构的运行安全受到严重威胁。 桥梁的抗爆性能是目前国外学者密切关注并亟待解决的热点问题。
目前，国内外专家学者在桥梁抗爆研究领域进行了深入、系统的探索，主要集中在爆燃冲击载荷试验及数值模拟方法、桥梁抗爆性能及退化机理等方面，桥梁抗爆安全评价方法等，取得了丰硕的成果。 结果。
数值模拟为爆燃冲击载荷提供有效参数
在抗爆研究实验中，针对全点焊钢柱节点在静、动冲击载荷作用下的力学性能测试和数值模拟，从截面受力和吸能两个方面进行了研究。冲击载荷，局部点焊接细节对接头行为的影响得到改善，接头塑性旋转与输入冲击能量之间的简化关系得到改进，如图1所示。
图1 冲击载荷作用下点焊主梁-柱节点试验与数值分析
通过对爆燃荷载作用下简支混凝土柱动力特性的数值研究，模拟了爆燃荷载引起的挠度波在柱截面和柱高方向的传播，以及铁管在爆燃荷载作用下的防护作用，如图如图2所示。 结果表明，爆燃荷载作用下柱截面的变形主要分为压缩阶段和膨胀阶段两个阶段，其中混凝土管片的破坏主要发生在后期。
图2 爆燃荷载作用下预制混凝土节段柱挠度波传播及结构响应
通过全尺寸爆破试验研究，测试了混凝土基组合桥墩在近距离爆破荷载作用下的抗爆性能，分析了近距离爆燃对试件造成的破坏。 所有测试的复合材料样品均表现出明显的分层、分层、复合材料的不均匀性，将内部回弹引起的爆燃损伤转化为分层损伤。 对发生在道路上的恐怖爆燃车祸进行了三组简支T梁模型试验。 随着爆燃当量的降低，简支钢筋的破坏程度减缓，锚杆裂缝数量减少。 梁的破坏形式为“X”形，主梁侧破坏形式大致为“I”形。 混凝土裂缝数量增加，裂缝深度减小，裂缝尺寸减小。 简支T梁的局部破坏模式由淹水破坏演化为贯穿破坏，残余承载力逐日增大，如图3所示。
图3 三种试件损伤状态对比
【摘要】：采用碳纤维增强聚合物(CFRP)对接触爆燃作用下的钢筋混凝土桥面板进行保护,并在现场进行了爆燃试验,分析了钢筋混凝土桥面板的损伤发展及CFRP的保护效果。 发生局部损坏。 通过对接触爆燃下超高性能水泥基复合铁管试件残余轴向承载力的试验研究，进行了相应的数值模拟。 分析了铁管的长度和硬度、核心混凝土的抗压硬度、立柱半径等相关参数，以及局部弹坑深度、爆炸后残余轴向承载力，以及相应的影响。损伤指数可为接触爆燃条件下超高性能水泥复合铁管试件的爆燃后性能评价和设计提供有益参考。 在抗爆数值模拟技术与技巧方面，基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度法，提出了直剪和弯剪接头破坏的判断准则，并给出了结果。 两种失效模式下钢筋混凝土梁动态响应的估算方法。 考虑爆燃荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出了一种改进的钢筋混凝土梁预制构件爆炸分析等效单自由度法。 通过研究发现，与常规荷载相比，板-混凝土组合结构（SPCCS）在爆燃冲击荷载作用下的热力特性和劣化过程存在明显差异。 基于数值模拟方法，研究厚板和支腿厚板在爆燃作用下的动力响应和失效模式，分析不同工况下导墙、板肋和U肋在爆燃载荷下的动力响应和失效模式. 结果表明，U型肋具有较好的抗爆性能，支腿板的破损程度与支腿肋的数量密切相关，减少U型肋端部搁板有利于提高厚板的抗扭性能。
利用非线性有限元软件ANSYS/模拟简支混凝土板的爆燃试验和雷管驱动的预制大炮试验，研究了简支空心板梁在爆燃波、破片联合作用下的动力响应差异。负载和三个被研究。 同时采用参数化分析方法研究张拉控制挠度、预应力损失水平、混凝土硬度、普通钢纵筋弯矩率、箍筋宽度对空心板梁动力响应的影响。 结果表明，预制构件的抗爆性能随着张力控制挠度的减小而增加； 在相同的张力控制挠度下，虽然预制构件的挠度损失程度不同，但其抗爆性能基本相同； 钢筋混凝土硬度对预制构件的抗爆性能影响不大； 普通钢纵筋弯矩比的增加在一定范围内可略微提高预制构件的抗爆性能； 随着翼缘宽度的减小，预制构件的抗爆性能明显降低。
通过对国内外爆燃载荷减缓研究的系统总结，发现所有应用方法在增强结构刚度和延展性、减少甚至避免飞散碎片方面都具有很高的潜力。 通过对钢筋混凝土结构在冲击荷载和爆燃荷载作用下的研究，提出了一种基于RC梁剩余抗弯承载力的损伤指标，用于评价不同RC梁在冲击荷载和爆燃荷载联合作用下的破坏程度。爆燃载荷 梁的脆弱性随重要的结构参数（例如梁深度、跨度长度和钢筋配置）而变化。 如图4所示。
图 4 钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的理论响应
桥梁抗爆性能及劣化机理
为研究混凝土桥梁在近爆荷载作用下的受力和破坏特征桥梁墩柱爆破拆除方案，采用ALE流固耦合分析理论，在解析模型的基础上桥梁墩柱爆破拆除方案，进行了不同雷管当量作用下的试验，桥面跨中位置爆燃，支点位置爆燃。 结构挠度场与损伤特性研究。 为研究斜拉桥在爆燃荷载作用下的动力响应，对斜拉索在近爆作用下的抗爆性能进行了分析，对拉索的挠度和破坏进行了研究。 -stay进行了分析，进一步对非圆比例距离进行了参数化分析。 分析表明，在近场爆燃载荷作用下，斜拉索不会发生断裂，其失效模式为挠度超过屈服挠度引起的失效。 安全比例距离为0.287m/kg1/3。 将薄壁方管置于爆燃场进行冲击实验，借助非线性动态有限元程序LS-DYNA完整的重启功能和流固耦合算法，对薄壁方管的非线性动态响应进行了研究。方管在单次爆燃和重复爆燃载荷作用下的过程三维数值模拟。
【摘要】：为研究弹药接触爆燃工况下钢筋混凝土板的动力响应和损伤模式,基于量纲分析,对接触爆燃条件下钢筋混凝土板的损伤特性(正面损伤区半径、侵彻区半径和半径反向坍塌区）和圆柱装药半径与纵横比之间的无量纲关系。 在大量数值估算的基础上，归纳出装药半径、长径比与钢筋混凝土板破坏特征之间关系的经验公式，为重要钢筋混凝土板的损伤评估提供了一定的参考。建筑物、桥梁和防护结构。 现场接触爆轰试验和随后的轴压试验研究表明，完好柱和爆燃破损柱在轴压下均表现出斜剪破坏。 在研究新型减振隔音材料三元局域共振超材料（LRM）在土木工程中的应用时，采用解析推导和数值计算的方法分析了三元LRC结构在爆燃载荷作用下的机理和性能。模拟。 材料（自然级配和铅）、不同弹性挠度和软镀层长度对三元 LRC 结构响应的影响。 还发现三元LRC在爆燃载荷作用下能有效降低自身结构的损伤。
在研究铁管混凝土拼接柱的爆破性能时，通过铁管混凝土拼接柱的现场爆破试验数据和拼接柱室外冲击试验分析，将铁管混凝土拼接柱与传统整体柱进行对比和预应力柱。 对整体柱的抗爆性能进行了参数化对比分析，探讨了填充混凝土硬度、钢皮长度、预应力比、节段数等因素对节段柱抗爆性能的影响。 减少板长可有效提高铁管混凝土节段柱的抗爆性能，同时提高混凝土硬度、预应力和节段数，提高铁管混凝土节段柱的冲击承载力. 如图5所示。
图 5 分段和整体 CFSC 柱模型示意图
借助商业软件，采用基于全耦合拉格朗日模型和欧拉模型的多欧拉域方法，探讨车辆爆燃作用下钢-混凝土组合桥的损伤机理。 结果表明，在爆燃荷载作用下，桥梁破坏经历了弹塑性、塑性和全断面塑性铰三个阶段。 但当支座发生爆燃时，主梁的剪切破坏先于弯曲破坏发生，两者作为控制激励决定了结构的抗爆能力。 通过研究4个不同碳纤维布配筋率的铁管拱在冲击荷载作用下的动力响应发现，增加碳纤维布配筋率和混凝土硬度可以提高管拱的抗爆破性能，如图6所示在此基础上，建立了拱剩余承载力与破坏程度之间的关系，提出并讨论了一个简化的理论模型，可用于预测拱的极限承载力。
图6 CFRP管拱的爆燃响应及损伤评估
通过研究不同截面形状钢筋混凝土柱在接触和近距离空气爆燃作用下的损伤特性和动力响应乡村石牌坊，以及不同截面形状钢筋混凝土柱在水下爆燃荷载作用下的抗爆性能，进行了比较。 接触爆燃和近距离爆燃下钢筋混凝土柱的非线性动力响应特性及损伤机制[J]. 无论是空中爆燃还是水下爆燃，截面形状对立柱的抗爆性能都有显着影响。 采用矩形截面可以有效提高立柱的抗爆性能，如图7所示。
图7方柱实验装置
通过试验获得跨界小箱梁桥的爆破性能和破坏机理。 研究表明，当梁发生爆燃时，会导致混凝土严重裂缝和钢筋裂缝。 由于损坏板释放的能量，局部损坏和消散振动在路面上方爆燃期间受到限制。 因此，减小梁的宽度，引导爆燃车的行进路径，可以有效降低桥梁坍塌的风险。 研究了超高性能水泥基复合铁管试件爆燃后的剩余抗震性能，以及冲击荷载和爆燃荷载共同作用下中高层建筑钢筋混凝土柱的损伤及动力响应进行了理论上的分析，如图8所示。 通过估算时滞参数的影响发现，当冲击力达到峰值时，在连续爆轰的作用下，立柱可能遭受更大的剪切力，整体破坏更严重。 据悉，在组合荷载情况下，荷载作用于柱中部高度，损伤指标对轴压比和冲击速度参数的敏感性阈值与估计阈值不同仅在冲击和爆燃载荷下的值。
图8 柱爆燃试验
对普通圆形钢筋混凝土桥面板和圆形简支混凝土桥面板进行了顶部爆燃试验，分析了近距离爆燃荷载作用下预制拼装钢筋混凝土桥面板的动力响应和破坏机理。 预制拼接钢筋混凝土桥面板在顶部爆燃区存在局部拼接破坏，由于混凝土挤压挠度，在爆燃区以上的其他拼接段形成竖向裂缝和混凝土挤压，拼接界面限制爆燃引起的偏转流动传播。 通过对钢筋混凝土柱的试验，阐述了纵筋用量大的详细设计对结构的影响。 采用详细设计可以提高立柱的抗爆性能，从而降低立柱高度的最大位移和残余位移，更好地控制裂缝，并能承受较大的爆燃载荷，如图9所示。
图 9 列示例详细信息
通过材料损伤、断裂和分离的非线性有限元法，对典型钢筋混凝土桥面板柱的抗爆性能进行模拟，发现其抗爆承载力与混凝土硬度和弯矩率呈线性关系. 力影响最大。 双层钢纤维混凝土适度增强了抗爆性能，但增加一层钢纤维絮凝层所提供的附加抗爆效果更大。
爆燃冲击下桥梁安全预测的多种评价方法
采用基于现场实测频率变化的钢筋混凝土柱爆燃损伤快速评价方法，通过研究圆形钢筋混凝土柱翼缘的环箍比、纵筋弯矩比和泊松比，频率变化分析爆燃荷载前后钢筋混凝土柱的变形。 根据柱的影响规律，拟合出柱损伤程度与频率变化的关系式，通过在爆燃现场。 通过试验提出了基于性能的钢筋混凝土预制构件抗冲击设计框架。 以钢筋混凝土柱的抗爆设计为例，通过非线性有限元分析，得出所设计预制构件的抗冲击性能状态，对不符合设防标准的设计参数进行优化，对柱进行抗爆设计。获得满足三标抗爆设防目标的设计参数。
为研究分段拼装渡槽在爆燃冲击下的失效模式及损伤评估方法，采用ANSYS/LS-DYNA构建了圆形截面整体桥台与分段拼装渡槽的三维立体分离模型。 通过改变爆燃TNT当量和爆燃距离，对比分析了不同超压下整体桥台和拼装式渡槽的挠度变化、失效模式和损伤机理，提出了基于断面损伤和渡槽横向移动的渡槽损伤机理被提议。 爆炸伤害评估方法。 考虑到检测和有限元建模的高度不确定性，提出了一种基于Jaya和树种子算法（TSA）的混合群体智能结构损伤识别方法。 结构损伤被建模为单元挠度的减少，结构损伤识别被描述为一个优化问题。 识别结果表明，所开发的C-Jaya-TSA结合非概率区间分析方法能够准确识别结构损伤，如图10所示。
图 10 拟议混合 C-Jaya-TSA 流程图
基于数值分析评价结构抗爆性能的建议程序包括： (1) 选择严重影响整体结构性能的主要结构构件； (2) 建立由不同爆燃等级和位置组成的爆燃危险情景； (3)采用数值模拟爆燃评价元件。 通过案例评估，可以确定每个部件的临界爆炸等级，找到对所考虑部件影响最严重的爆炸位置。 基于情景的评价方法有助于在未来设计中对既有桥梁和桥梁结构的爆燃荷载进行评价。 较低的性能。
抗爆研究是桥梁防灾减灾的重要交叉学科领域，也是近年来国内外工程界高度关注的热点课题。 在系统研究的基础上建立桥梁运维安全保障体系，确保特殊工况下的安全是运维保障体系的重中之重。 目前抗爆研究主要以数值模拟为主，理论分析和实验研究相对较少。 研究对象多为桥墩，理论分析不能充分考虑剪力连接件对结构的影响。 爆燃试验难度较大，设备要求高，数据采集不完善，缺乏基础试验数据。 相关测试和测试技术仍是下一阶段的重点和难点。
本文发表于/《桥梁维护与运营》杂志2021年第3期第15期
作者/崔闯张 北京大学 卜一智等
作者单位/东北交通大学土木工程学院
