钢箱梁爆炸破坏模式与机理研究

"钢箱梁结构作为桥梁结构承受车辆荷载的直接受力构件，其在爆炸冲击作用下的动力特性和损伤模式，是研究大跨桥梁抗爆性能的一个重要内容。本书通过试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，对钢箱梁节段缩尺模型在近距爆炸作用下的破坏模式、破坏机理及影响因素进行了深入的研究。

本书主要以某悬索桥钢箱梁节段为研究对象，进行了钢箱梁结构的近距离爆炸试验研究。通过改变钢箱梁顶板铺装条件，从钢箱梁顶板的破坏范围及程度、应变值的变化及铺装层自身的破坏程度三个方面，对设置铺装层的钢箱梁模型进行了爆炸试验研究。采用偏离炸药起爆点的超压测试方法，对试验爆炸超压进行了测试，并通过误差分析，在经典理论公式的基础上，对考虑钢箱梁变形破坏的冲击波反射系数进行了研究。应用矩形薄板塑性大变形理论，通过解析法和能量法，对钢箱梁顶板区格破坏模式进行了理论研究与分析计算。在试验的基础上，对钢箱梁顶板厚度与加劲肋厚度改变在钢箱梁顶板区格破坏的影响程度上进行了数值模拟研究。

本书可为从事桥梁抗爆工作的工程技术人员、桥梁设计人员、防灾减灾专业人员提供参考，也可作为理工科院校土木工程、桥梁工程和防灾减灾与防护工程等专业师生学习结构抗爆研究的参考书。在撰写过程中，本书得到了国家自然科学基金委青年科学基金项目51408558的资助。

限于作者撰写时间及水平，书中不妥与疏漏之处在所难免，敬请读者批评指教。

著者

2022年1月

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"本书共7章，在概述了桥梁遭受爆炸破坏特点、桥梁抗爆研究意义及现状的基础上，引出了钢箱梁及其抗爆研究的话题，随后主要介绍了钢箱梁缩尺模型近距离爆炸试验研究、铺装层对钢箱梁抗爆性能影响的试验研究、钢箱梁近距离爆炸下表面压力测试与反射系数研究、钢箱梁顶板区格在爆炸荷载作用下破坏模式分析与研究，以及钢箱梁在近距离爆炸作用下动力响应数值模拟。

本书可供从事桥梁抗爆工作的工程技术人员、桥梁设计人员、防灾减灾专业人员参考，也可供理工科院校土木工程、桥梁工程和防灾减灾与防护工程等相关专业师生参阅。

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"本书共7章，在概述了桥梁遭受爆炸破坏特点、桥梁抗爆研究意义及现状的基础上，引出了钢箱梁及其抗爆研究的话题，随后主要介绍了钢箱梁缩尺模型近距离爆炸试验研究、铺装层对钢箱梁抗爆性能影响的试验研究、钢箱梁近距离爆炸下表面压力测试与反射系数研究、钢箱梁顶板区格在爆炸荷载作用下破坏模式分析与研究，以及钢箱梁在近距离爆炸作用下动力响应数值模拟。

本书可供从事桥梁抗爆工作的工程技术人员、桥梁设计人员、防灾减灾专业人员参考，也可供理工科院校土木工程、桥梁工程和防灾减灾与防护工程等相关专业师生参阅。

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刘亚玲，中北大学环境工程学院武器系统与运用工程专业博士，研究方向为结构防灾减灾与防护。近几年参与多项山西省及国家基金委项目，如 “后浇自密实混凝土装配式对接连接叠合构件抗冲击性能的研究”“基于IFC标准的施工阶段BIM应用系统的开发”“CFRP 约束钢管混凝土柱在爆炸荷载下的响应特征分析”“爆炸作用下钢箱梁缩尺模型响应特征及破坏机理研究”等。已授权国家专利1项实用新型专利1项，发表论文多篇，其中被EI收录1篇，北大核心论文2篇。

"1绪论1

1.1桥梁抗爆研究意义2

1.2桥梁结构遭受爆炸破坏特点4

1.3桥梁结构抗爆研究现状6

1.3.1理论研究7

1.3.2数值模拟9

1.3.3试验研究12

1.4钢箱梁抗爆研究现状14

1.5本书主要研究内容与技术路线15

1.5.1主要研究内容16

1.5.2技术路线17

2钢箱梁缩尺模型近距离爆炸试验研究19

2.1引言20

2.2模型相似设计理论20

2.3钢箱梁模型爆炸试验方案22

2.3.1试件材料选用22

2.3.2钢箱梁缩尺模型设计23

2.3.3爆炸物及测试仪器27

2.3.4试验装置、炸药位置和测试设备布置29

2.4钢箱梁爆炸试验结果及破坏状态影响因素分析32

2.4.1钢箱梁爆炸破坏状态结果汇总32

2.4.2钢箱梁顶板破坏状态影响因素及分析35

2.4.3应变测试结果分析41

2.4.4加速度测试结果分析43

3铺装层对钢箱梁抗爆性能影响的试验研究47

3.1引言48

3.2试验方案48

3.3应变试验结果及分析51

3.3.1横隔板间距250mm51

3.3.2横隔板间距150mm61

3.4钢箱梁顶板与铺装层破坏情况及分析 67

3.5铺装层抗爆性能分析72

4钢箱梁近距离爆炸表面压力测试与反射系数研究75

4.1引言76

4.2爆炸冲击波超压经验公式76

4.3试验方案及工况超压实测结果79

4.3.1试验方案79

4.3.2GL系列工况冲击波试验结果及分析80

4.3.3PZL系列工况冲击波试验结果及分析84

4.4钢箱梁表面近距离爆炸反射系数研究 86

5钢箱梁顶板区格在爆炸荷载作用下破坏模式分析与研究95

5.1引言96

5.2钢箱梁顶板区格破坏状态响应分析96

5.2.1变形模式96

5.2.2运动方程建立100

5.2.3塑性变形响应求解过程103

5.2.4试验工况解析计算结果107

5.3钢箱梁顶板区格破坏状态能量法分析109

5.3.1桥面板产生局部塑性大变形110

5.3.2桥面板发生局部开裂破口113

6钢箱梁在近距离爆炸荷载作用下的局部破坏数值模拟117

6.1引言118

6.1.1材料本构模型选用118

6.1.2求解流程120

6.2冲击波超压的有限元数值模拟与试验对比121

6.2.1药柱威力比较121

6.2.2冲击波超压有限元模拟与试验对比124

6.3钢箱梁结构局部破坏数值模拟及影响因素分析129

6.3.1破口过程与试验工况对比分析131

6.3.2箱梁顶板厚对破坏模式与破口尺寸影响研究133

6.3.3加劲肋厚度对破坏模式与破口尺寸影响研究136

6.3.4板厚与加劲肋厚度之比对顶板破坏状态的影响142

7结论和展望145

7.1本书研究工作总结146

7.2研究主要创新点148

7.3钢箱梁抗爆研究展望148

参考文献150

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"本书共7章，在概述了桥梁遭受爆炸破坏特点、桥梁抗爆研究意义及现状的基础上，引出了钢箱梁及其抗爆研究的话题，随后主要介绍了钢箱梁缩尺模型近距离爆炸试验研究、铺装层对钢箱梁抗爆性能影响的试验研究、钢箱梁近距离爆炸下表面压力测试与反射系数研究、钢箱梁顶板区格在爆炸荷载作用下破坏模式分析与研究，以及钢箱梁在近距离爆炸作用下动力响应数值模拟。

本书可供从事桥梁抗爆工作的工程技术人员、桥梁设计人员、防灾减灾专业人员参考，也可供理工科院校土木工程、桥梁工程和防灾减灾与防护工程等相关专业师生参阅。

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刘亚玲，中北大学环境工程学院武器系统与运用工程专业博士，研究方向为结构防灾减灾与防护。近几年参与多项山西省及国家基金委项目，如 “后浇自密实混凝土装配式对接连接叠合构件抗冲击性能的研究”“基于IFC标准的施工阶段BIM应用系统的开发”“CFRP 约束钢管混凝土柱在爆炸荷载下的响应特征分析”“爆炸作用下钢箱梁缩尺模型响应特征及破坏机理研究”等。已授权国家专利1项实用新型专利1项，发表论文多篇，其中被EI收录1篇，北大核心论文2篇。