摘 要

在21世纪新时背景代下，我国的交通水平得到了长足的发展，公路桥梁作为道路交通的重要组成部分，正发挥着无可替代的重要作用。一旦桥梁公路出现了问题甚至事故，那对整个交通网络的打击损害是十分巨大的。而近年来，全球极端灾害尤其是严寒、洪水、泥石流、地震频发，给人们的生命财产安全带来了极大的隐患。而且现今我国周边的国际局势并不稳定，冲突时有发生，恐怖主义甚至战争对于公路桥梁来说也都是可能存在的隐患因素。另外，对于车辆的意外爆炸事故也时有发生，其中不乏对桥面甚至桥体产生严重破坏的案例，进而造成重大的人身以及经济损失。故而转向深入探讨桥梁在爆炸荷载影响下的反应是十分重要且需要的课题。经由深入研究所得出的一些有利于桥梁抗爆方面的结论是最直接也是最关键的减小桥梁爆炸事故损失的方法。近似的课题对于桥梁抗爆方面的研探具有深刻的工程意义和理论意义。

本文基于爆炸理论，对钢筋混凝土墩柱展开合理简化，总结反馈桥墩在多种上布荷载作用下的抗爆及其动力响应。开展近爆点荷载作用下桥墩的仿真模拟与定性分析。总结出桥墩顶部荷载对抗爆能力的影响并提出合理建议。

本文通过对结果的理性分析和数值比较，探明了钢筋混凝土墩柱的动力响应和破坏样式，总结了不同荷载下墩柱的抗爆机能，为钢筋混凝土柱的抗裂机能提供了理论依据。

关键词：爆炸；钢筋混凝土墩柱；破坏；响应分析。

Abstract

In twenty-first Century, the traffic level of our country has been greatly developed. As an important part of the road traffic, highway bridges are playing an irreplaceable and important role. Once bridges and highways have accidents, the damage to the entire transportation network will be enormous. In recent years, global extreme disasters, such as severe cold, flood, mud rock flow and earthquake, have brought great danger to people's lives and property. And today, the international situation around China is not stable, the conflict occurs, terrorism and even the war is also a potential risk factor to road and bridge . In addition, the explosion accidental of vehicles also occurred, which could cause serious damage to the bridge and even the bridge body, causing significant personal and economic losses. Therefore, it is very important and necessary to turn into the response of bridges under blast loading. Applying conclusions which are beneficial to bridge antiknock are the most direct and critical way to reduce the loss of bridge explosion accidents. The similar subject has profound engineering and theoretical significance for the research of bridge antiknock.

Based on the explosion theory, the reinforced concrete pier is reasonably simplified, and the anti explosion response of the pier under various loads are summarized. The simulation and qualitative analysis of pier under near bursting point load are carried out. The influence of pier top load on blasting capability is summarized and reasonable suggestions are put forward.

Through the rational analysis and numerical comparison of the results, the dynamic response and failure mode of the reinforced concrete pier columns are explored, and the anti explosion function of the pier columns under different loads is summarized, which provides a theoretical basis for the anti cracking function of the reinforced concrete columns.

Key words: explosion, reinforced concrete pier,failure mode, response analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 国内研究现状分析 3

1.2.2 国外研究现状分析 4

1.3 研究目的及意义 5

1.4 主要研究内容 6

1.5 研究方法与技术路线 7

1.5.1 研究方法 7

1.5.2 技术路线 8

第2章 爆炸与动力分析基本理论 8

2.1 爆炸基本理论 8

2.1.1 爆炸的定义 8

2.1.2 化学爆炸反应过程 9

2.2 冲击波简介 9

2.2.1 冲击波的定义 9

2.2.2 波的两大分类 9

2.2.3 冲击波的分类 9

2.3 爆炸超压 10

2.3.1 爆炸超压的概念 10

2.3.2 爆炸超压（按数值）分类 10

2.3.3 爆炸超压的计算方法 11

2.3.4 爆炸超压的计算公式 11

2.3.5 爆轰波的C-J理论 11

2.4 本章小结 12

第3章 有限元软件（ANSYS＆LS-DYNA） 12

3.1 程序简介及其工程应用 12

3.1.1 本论文所建模型 14

3.1.2 有限元设计步骤 14

3.1.3 模型组成 15

3.1.4 工况的选择 15

3.1.5 材料的选择 16

3.1.6 钢筋与混凝土的耦合与非反射边界的定义 16

3.1.7 约束的施加以及K文件的修改 17

3.1.8 最终模型 17

3.2 本章小结 18

第4章 有限元结果分析 18

4.1 桥墩爆炸破坏模式 18

4.2 细节数据整理 19

4.2.1 爆炸荷载超压随比例距离的破坏 20

4.3 三工况的异同 21

4.3.1 相似 21

4.3.2 差异 22

4.4 有限元设计过程中所遇到的问题 22

4.5 本章小结 23

第5章 结论与展望 23

5.1 结论 23

5.2 展望 24

第6章 致谢 24

参考文献 25

第一章：绪论

1.1研究背景

近年来，全球极端灾害尤其是严寒、洪水、泥石流、地震频发，给人们的生命财产安全带来了极大的隐患。在地震、山洪等极端灾害作用下，极易引发滑坡、泥石流等二次灾害，进而对桥梁安全产生巨大的威胁；且当前我国周边国家国际形式不容乐观，应当对恐怖袭击等爆炸荷载作用采取相关预防措施，尤其是在911恐怖袭击之后，全球人民对恐怖主义袭击发出了极大的反对呼声，因此，我们对于桥梁抗震抗爆的研究，已经上升到了国家安全的层面之上；除了爆炸恐怖袭击事件外，由于汽车自身因素引起的化学物品爆炸例如油罐车爆炸事故也可能成为桥梁的威胁之一，反观桥梁本身，如今已建桥梁的病害问题日益增多，部分桥梁甚至出现垮塌事故，成为了交通网络中的瓶颈。而桥梁自身在交通网络中发挥极其关键的枢纽作用，最容易受到地震、飓风、冲刷以及船撞等灾害的威胁，一旦遭到损坏，不但桥梁自身会承受损失，整个交通网络以及人们的生命财产安全都会面临巨大风险。

2007年4月12日，在伊拉克都城巴格达，一位自杀式炸弹袭击者驾驶一辆卡车至钢桥上引爆了炸弹，致使大桥坍塌，几辆汽车掉进桥下的格里斯河底部。这次恐怖袭击动乱最少造成5人丧生，11人受伤。