RC矩形空心截面桥墩柱抗爆性能研究

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钢筋混凝土(RC)空心截面墩柱在高桥墩中得到广泛应用,其抗震性能已有较多研究,但尚未见到其抗爆性能研究的公开报道。鉴于桥梁结构遭受恐怖袭击的潜在风险和RC空心截面桥墩抗爆性能研究的严重不足,本文采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了RC矩形截面空心桥墩柱遭受箱包炸弹袭击爆炸冲击响应和墩柱破口后截面的剩余承载力,提出了RC矩形空心截面墩柱抗爆性能评估的实用方法。本文的主要工作和创新性成果如下:(1)运用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件,基于ALE多物质流固耦合算法,对RC板爆炸冲击实验进行了数值模拟,模拟结果与实验吻合较好,验证了本文数值模拟方法的可行性和合理性。同时,研究了爆炸冲击波的传播、RC板破口形成过程和RC板的破坏机理。结果表明:RC板迎爆面中部混凝土表现为受压破坏,背面混凝土为受拉破坏;纵横向钢筋主要受拉,箍筋主要受压。(2)通过大量数值仿真计算,研究了RC矩形空心截面墩柱接触爆炸冲击响应,揭示了破坏机理,得到了破口尺寸。研究表明:箱包炸弹(TNT当量:10kg-90kg)在墩柱底部爆炸时,破口尺寸与炸药当量或比例距离近似成线性关系;墩柱的破坏可分为仅面板出现破口、面板出现破口且侧板出现裂缝、面板出现破口且侧墙和背板出现裂缝三种模式;当炸药当量较小时,侧墙和背板应力受空气冲击波影响较小;炸药当量较大时,空气冲击波对侧墙和背板的早期应力影响较大。(3)基于现行RC压弯构件承载力计算方法和箱包炸弹的局部破坏效应,建立了RC矩形空心截面破口后剩余承载力的理论公式,分析了破口尺寸对剩余承载力的影响及RC矩形空心截面墩柱抗爆安全性。结果表明:小偏心受压状态下截面的承载力受破口尺寸影响较大,大偏心受压状态下的承载力受破口尺寸影响较小;常见轴压比(u=0.2)的轴心压力作用下,墩柱在小于90kgTNT当量的爆炸冲击作用不会发生倒塌,在小于30kgTNT当量的爆炸冲击作用下发生轻度破坏,在50kg-90kgTNT当量爆炸作用下会发生重度破坏。
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