摘 要

Abstract I

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 本文的研究意义及国内外现状分析 2

1.2.1 本文研究的意义 2

1.2.2 国内外现状分析 2

1.3 本文研究的主要内容 3

1.3.1 研究目标 3

1.3.2 研究的基本内容 3

1.3.3 拟采用的技术方案及措施 4

第2章 爆炸冲击波基本理论 5

2.1 爆炸现象简介 5

2.2 爆炸冲击波的传播模式 6

2.3 爆轰波的 C-J 理论 7

2.4 爆炸冲击波的正反射与斜反射 8

2.5 爆炸时空气冲击波的马赫反射 9

2.6 爆炸参数的经验公式 9

2.7 本章小结 11

第3章 有限元模型的建立 11

3.1 ANSYS简介 11

3.2 有限元软件ANSYS AUTODYN简介 12

3.2.1 AUTODYN发展概述 12

3.2.2 AUTODYN行业应用 12

3.2.3 AUTODYN基本功能 13

3.3 有限元模拟的材料模型 14

3.4 钢筋混凝土桥墩有限元模型的建立 14

3.4.1 模型算法与工况分析 14

3.4.2 桥墩爆炸建模过程分析 15

3.5 本章小结 18

第4章 混凝土桥墩抗爆性能研究 19

4.1 桥墩爆炸破坏模式 19

4.2 爆炸荷载压力场分析 19

4.3 不同参数下动力响应的分析 21

4.3.1 纵筋配筋率 21

4.3.2 桥墩截面直径（截面惯性矩） 23

4.3.3 箍筋间距（配箍率） 24

4.3.4 本章小结 24

第5章 结语 26

5.1 结论 26

5.2 展望 26

第6章 致谢 27

参考文献 28

摘要

钢筋混凝土桥墩作为桥梁结构的重要构件，其在爆炸荷载作用下的动力响应及受力特点直接影响整座桥梁的抗爆性能。本文使用ANSYS AUTODYN有限元软件分析爆炸荷载下的钢筋混凝土桥墩的动力响应与损伤程度。研究在不同比例距离下爆炸超压峰值的变化，通过改变圆柱墩截面配筋率、墩身箍筋间距（配箍率）及桥墩截面惯性矩，来分析桥墩底部水平位移及速度随时间变化曲线，以此来研究桥墩的抗爆性能及损伤程度。研究表明：改变桥墩配筋率对桥墩抗爆性能有限，改变箍筋间距及截面惯性矩会影响桥墩的破坏形态。

关键词：钢筋混凝土桥墩；爆炸荷载；配筋率；截面惯性矩；抗爆性能

Abstract

Reinforced concrete piers,as an important component of bridge structure,its dynamic response and force characteristics under the action of explosive load directly affect the anti - blast performance of the whole bridge.In this paper,ANSYS AUTODYN finite element software is used to analyze the dynamic response and damage degree of reinforced concrete piers under explosive loading.To study the change of explosion overpressure peak at different proportions,By changing the reinforcement ratio of the cylindrical piers,the spacing of the stirrups and the moment of inertia of piers ,the horizontal displacement and velocity of the bottom of the pier are analyzed with time,In order to study the anti-knock performance and damage degree of the pier.The results show that change the pier strength of the bridge pier anti-explosive performance is limited,the change of the stirrup spacing and the moment of inertia of the cross section will affect the failure mode of the pier.

Key words：Reinforced concrete piers;Explosive load;Reinforcement ratio;Section moment of inertia;Antiknock performanc

绪论

引言

程中，爆炸体系的内在势能一眨眼就会变为机械能对外做功或者光和热辐射形式。爆炸对周围生命体杀伤的直接原因是由于爆炸的做功，爆炸之所以能够对外界做功是由于原本体系中巨大的内能瞬间转化为高温高压气体，这种气体的产生也使得爆炸源周围的介质发生剧烈的压力变化。爆炸巨大的能量一方面被人类加以利用，给生产与生活带来了极大便利，造福人类。另一方面，各种意外爆炸事故因其巨大的破坏力，也给人类带来了不可估量的损失。

二战以来，世界已经朝着和平共处和繁荣共享的方向发展，整个世界整体基本上处于安全和平的环境，但是由于贫富差距过大，生活发展水平不平衡，部分地区的人们生活得不到保障，由此引起的种种矛盾使得各种恐怖活动屡见不鲜，其中，爆炸作为一种极具破坏力的事件，往往给人们带来无法想象的损失，这种后果会给国家经济和社会稳定造成巨大影响。其次，由于疏忽而造成的爆炸事件也在逐渐增多。

如今，我国桥梁发展水平已经走在了世界前列，一座座跨海，跨江大桥拔地而起，在桥梁运营阶段，我们最需要关注的问题就是桥梁结构的安全问题，由于恐怖袭击或偶然疏忽引起的爆炸一旦在桥梁上发生，其安全性能肯定会大大降低，从而对国家和人民造成严重的经济损失和生命威胁。我国现有的各个桥梁设计规范中并没有将爆炸荷载与其它静力荷载、动力荷载等相提并论，对可能有爆炸荷载出现的桥梁结构也没有提出具体要求。

新中国自1949年成立以来，尤其是改革开放之后的三十多年以来，我国的各个方面的实力都提升了不少，在国际上的地位也不可同日而语，在各方面都走在了世界各国的前列。随着经济水平的不断提高，我国政府在基建方面投入了大量资金，其中公路、铁路、桥梁等公共项目占了很大一部分比例。在政府的支持下，我国的桥梁设计及桥梁建造技术在全世界处于领先水平，一座座大桥拔地而起，在长江上，许许多多的跨江大桥构成了各个城市的靓丽风景线。不过，当今社会，除了和平与发展，各种恐怖事件也在不断发生，也有许多国家对我国并不友好，因此极有可能发生局部冲突。桥梁作为醒目的建筑物，很容易成为敌人的攻击目标，而恐怖分子往往采用炸药、炸弹搞袭击。一旦桥梁结构被爆炸破坏，在短时间内肯定无法恢复，对人们的出行及生命财产安全定会造成巨大影响。在桥梁结构中，桥墩作为一种竖向支承构件，它的抗爆性能直接影响整桥的抗爆性能，一旦钢筋混凝土桥墩结构受到爆炸作用的破坏，整桥会发生局部坍塌甚至严重的话会造成整体垮塌，这将是严重影响国家利益及人民群众安全的。

对于这种严重的事件，我们要坚决防范，杜绝此类事件的发生，首先，作为政府，应该要加强管理与防范，要采取安全的操作规程，才能够有效的预防这类事情的发生。其次，也要从桥梁的防爆角度出发，在没有办法避免爆炸发生的情况下，我们只能使桥梁在爆炸作用下能够最大程度地抵抗爆炸荷载，避免发生垮塌，减小人们的伤亡率及降低经济财产损失。因此，研究钢筋混凝土桥墩在爆炸荷载作用下的动力响应及不同参数下的变形情况是十分有必要的。

本文的研究意义及国内外现状分析

本文研究的意义

桥梁作为国民基础投资设施的一个重要部分，给人们的出行与生活带来了极大的方便，也成为了陆路交通的关键枢纽，如果把道路比作是人体的血液的话，那么桥梁结构就是支撑人体活动的骨骼体系。尽管当今国际形势总体和平，但是局部动荡的情况还是不容忽视的，桥梁结构在战争及恐怖主义的威胁下表现出来的不稳定性越来越引起了人们的重视，桥梁的关键部位可能在爆炸荷载作用下发生结构破坏，这其中桥墩又作为重要竖向承力构件，一旦在爆炸荷载下发生破坏，将会引起全桥的坍塌，造成交通瘫痪和人员伤亡。因此，针对桥墩结构在近场爆炸作用下的破坏形式与动态变化分析开展参数化研究，为桥墩抗爆设计提供依据还是非常有必要的。

国内外现状分析

如今，爆炸事件发生频率正在逐年上升，各国对于建筑物的防爆设计都投入了大量资金，也越来越受到政府的重视，许多学者及研究所都在慢慢地开展建筑物防护恐怖爆炸的工程研究。