钢筋混凝土墩柱的抗爆性能试验研究

桥梁作为交通生命线咽喉工程,受到的爆炸威胁日益严重；桥墩是桥梁的主要承力构件,一旦在爆炸荷载作用下发生破坏坍塌,将造成重大的生命财产损失和经济损失。因此,研究钢筋混凝土墩柱的抗爆性能具有重要意义和实用价值。本文的主要工作如下：(1)采用数值模拟和试验相结合的方法研究了爆炸冲击波在空气中的传播及其与钢筋混凝土墩柱的相互作用,分析了爆炸荷载(冲击波超压、冲量)在墩柱表面的分布特点。(2)考虑了截面面积、混凝土类型、截面形式、箍筋形式和轴压比等参数对钢筋混凝土墩柱抗爆性能的影响,设计并制作了11根钢筋混凝土墩柱,进行了野外爆炸试验,并结合数值模拟的方法,研究了在接触和非接触爆炸荷载作用下钢筋混凝土墩柱的动力响应特性、损伤机理及破坏模式。(3)基于等效单自由度方法对钢筋混凝土墩柱在爆炸荷载作用下的损伤进行了分析评估。本文的主要结论如下：(1)钢筋混凝土墩柱与爆炸冲击波的相互作用非常明显,在中远场爆炸时,迎爆面的爆炸超压和冲量沿墩柱高度方向呈非线性分布,墩柱两侧和背爆面的超压和冲量沿墩柱高度方向基本呈线性分布；基于超压和冲量沿墩柱高度方向和横截面上的分布,得到墩柱表面的爆炸荷载模型,并拟合得到了实测超压与爆炸比例距离之间关系公式,可供工程结构抗爆设计人员参考。(2)在接触爆炸时,钢筋混凝土墩柱极易在火乍药接触位置发生冲切破坏,局部损伤破坏非常严重,但是柱身同时出现了大量横向贯穿裂缝,墩柱的整体动力响应也不能忽略。(3)在非接触爆炸时,增大截面面积、钢纤维混凝土、方形截面、螺旋箍筋、施加轴向荷载能有效增强钢筋混凝土墩柱的抗爆性能,但是,在接触爆炸时使用方形截面和施加轴向荷载对墩柱的抗爆性能是不利的；当大当量火乍药在地面发生爆炸时,墩柱主要在柱底处发生剪切破坏。(4)拟合得到钢筋混凝土墩柱爆炸损伤评估的P-I曲线,当遭遇爆炸时,只要确定爆炸的超压和冲量,就可以快速评估墩柱的损伤程度,可供桥墩的爆炸防护参考。