爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的损伤演化规律及动力响应分析

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钢筋混凝土板是桥梁中最常见的工程结构构件之一,由于承载面积大、截面厚度小,在爆炸荷载下容易出现大范围的损伤破坏,甚至引发桥梁连续性倒塌等严重后果。相较于远距离爆炸,近距离和接触爆炸事件发生频率更高且造成的破坏和损失更大,严重威胁着人民生命和财产安全。本文对钢筋混凝土板在接触和近距离爆炸下的损伤演化规律和动态响应进行研究,可以为工程结构抗爆设计提供建议和参考依据,具有重要的理论和实际工程意义。本文采用有限元数值模拟,基于LS-DYNA软件研究了单点爆炸下不同的爆炸当量、混凝土抗压强度、配筋率、板厚等参数对钢筋混凝土板的损伤演化规律和动力响应。考虑到钢筋混凝土板有遭受两点爆炸的可能性,进一步研究了两点爆炸荷载下爆点间距、间隔时间、当量差等参数变化时板的损伤特征。本文主要的研究工作和结论如下:(1)采用LS-DYNA软件,基于爆炸荷载的基本理论,选择相关材料模型及建模方法进行近距爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的有限元模拟。根据既有试验结果对有限元模拟方法进行了验证。(2)研究单点接触爆炸下钢筋混凝土板的损伤演化规律,并进行了动力分析。通过量纲分析结合模拟结果拟合得到了板面爆坑直径的预测公式。分别改变混凝土抗压强度、钢筋配筋率和板厚等参数,得到了不同参数下板的损伤规律。借鉴龙卷风图的思想对各参数进行灵敏度分析,得到了各参数对板的损伤程度影响:爆炸当量>板厚>混凝土强度>钢筋间距>钢筋直径>钢筋屈服强度。与近距离爆炸结果进行对比,发现接触爆炸下板易发生局部破坏,且在比例距离小于0.15m/kg1/3时,钢筋混凝土板的损伤程度相比接触爆炸更严重。(3)基于控制变量法进行了钢筋混凝土板在两点接触爆炸下的参数分析,并对板的损伤形态进行分类定义。结果表明:两爆点间距不同时,板的最不利爆点区间为0.5~0.9m;起爆间隔时间在小于2.0ms时,板的损伤程度和动力响应与同时起爆相比更为不利;当量差小于0.6kg时,板的损伤程度和动力响应与两点当量相等相比结果相差不大。
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