钢筋混凝土桥梁爆炸效应模拟

摘要

详细研究爆炸现象及其对既有结构的灾难性影响是本文的主要目的。众所周知，爆炸现象可能具有显著的复杂性，通常涉及复杂的波传播效应以及可区分的材料行为。考虑到上述情况，并试图为爆炸效应的模拟提供一种简化的建模方法，本文提出了一种基于成熟方法和常见工程实践的新方法。在上述框架中，首先基于弹性有限元模拟估算了爆炸载荷下结构的“主要”变形形状，然后利用基于位移的推覆分析等常用的梁单元计算工具计算了结构的响应。所提出的方法可以根据熟悉的工程程序，对爆炸荷载下的结构行为进行直接的初步估计。对一座两跨钢筋混凝土桥梁进行了深入的研究，结果为损伤模式和局部化提供了深刻的信息。

1.介绍

虽然爆炸被认为是严重的和潜在的社会经济影响的现象，但直到最近当局才意识到制定一个综合设计和评估保护框架的必要性。建模这些现象对结构的影响是非常苛刻的，需要高度复杂的模拟，包括先进的本构材料模型。这些程序既费时又费事。另一方面，缺乏简化的程序，而这些程序可以由实践工程师通过使用通用的计算工具来实现。在此基础上，提出了一种基于常用分析和计算工具的简化方法，可以初步而可靠地估计爆炸对桥梁结构完整性的影响。

爆炸是一种持续时间较短的动态事件，它产生动力压力波，从空间源径向传播，激发在其路径中遇到的结构的动力响应。作用在受影响表面上的压力是脉冲载荷，传递了大量的势能，在结构中引起损伤振动。

描述了结构在其使用期间(自然或人为)作用于其上的各种荷载[1的频率范围、内容和强度(图1(一))．由于其高强度和频率含量，在最关键的负载中考虑了爆炸爆炸施加的动态压力，这在与普通建筑物的基本特征值相关的值范围内。作为潜在能量的输送机，爆炸波浪在太空中扩张（图1 (b))。在这个过程中，当它与物体、结构或地面碰撞时，它会在它遇到的任何表面上反射(图)1 (b))．在地表爆炸(震源在地面)的情况下，反射几乎与波的产生同时发生。图中给出了在给定结构上由表面爆炸引起的爆炸波前平移和膨胀的示意图2．注意，反射的压力波影响垂直于冲击波方向的表面，而附带的压力波影响结构的侧面和背面。

本文在简化程序的基础上研究了爆炸的影响，特别强调了一种在紧急情况下作业至关重要的结构，即钢筋混凝土公路立交桥。在简化框架中，使用广义单自由度系统的概念来近似结构(Clough和Penzien [2)，其中连续结构的动力响应是以响应的主要形状来检验的。提出的两步方法利用完善的结构工程程序作为初步设计和评估工具，估计爆炸效应对结构的影响。根据以上所述，主要变形形状爆炸载荷作用下首先评估是基于普通弹性有限元分析,然后基于推覆分析是一个简化的梁单元进行集中塑性模型来评估每个结构组件的非线性行为的诱导变形模式前一步。通过上述步骤，将复杂的爆破问题简化为简化的两步过程，如果将来能够根据结构形态和起爆点立即提供某些设计目的的特征变形模式，则可以进一步简化该过程。

该研究的第一部分涉及爆炸函数的励磁函数的数学定义及其在既定的结构分析软件框架中的数值表示，考虑到演出在暴露的结构表面上的不断压力型材的时间和空间定义．调查使用所选择的桥接案例研究进行通过爆炸波用于概念的插图。桥接结构的线性3D有限元模型与爆炸脉冲的一致时间历史模拟相结合，特别强调压力波与结构的接触序列，这取决于物理距离和位置源相对于结构。用于评估变形需求和由事件造成的损坏潜力的基本成分是通过事件时间历史假设的变形形状;这是从计算的响应结果中提取的。接下来，使用这种变形模式，基于简化普通光束元件结构模型的实施方式分析结构，以便在模拟爆炸性的瞬态压力曲线下使用桥的非线性推动分析的非线性推送分析结果负载。这种简化部分地减轻了与材料本构性特性的时间依赖性相关的问题的复杂性，而可以识别在整个结构中损伤定位的趋势。通过这种方式，可以利用在处理线性棱柱形元件时稳定和会聚的非线性建模技术，同时避免在连续3D有限元模型中不适的收敛问题。

2.冲击波对结构和材料响应的影响

2．1．冲击波对建筑物的影响

在任意一点上，压力波具有如图所示类型的时间历史3.．冲击波对结构的主要影响发生在正阶段，此时压力值较高;负相位由于压力值的衰减，其影响较小，通常被忽略(Agrawal和Yi [1])。

如果一个事件与其他灾难性事件如风和地震相比，压力动量比其他现象的数量级大几个数量级，则该事件被归类为爆炸(FEMA 426 [3.])，而爆炸产生的压力随着距离震源的距离增加而迅速衰减，只影响到结构的一小部分，造成很大的局部破坏。由于爆炸持续时间短，参与动态响应的质量通常在较晚的时间参与，也就是说，直到冲量将其势能传递给周围环境(正相位)。因此，考虑到当质量处于动态运动状态时，载荷已经过期，当载荷作用时，系统很难产生共振。这个定义强调了更传统的动力荷载之间的区别，如地震，本征模态的部分共振是最重要的。在同样的情况下，由于爆炸波施加的荷载持续时间很短，通常在几毫秒内结束，在随后的自由振动阶段有可能激发几个额外的模态(更高的模态贡献)，这通常在常规地震设计中被忽视。当然，这只是一个理论上的假设;随着强度的增加，非线性控制了响应，在接近破坏时，高阶模态的参与会迅速衰减。

施加在结构上的压力的大小和分布取决于释放能量的数量和类型(这取决于所使用的炸药)，震源相对于结构的位置，以及由于在波的膨胀和传播过程中遇到的物体的相互作用而产生的爆炸压力的大小和可能的放大(Birhane [4])。爆炸波对结构在平移过程中遇到的每一个暴露点施加压力。压力取决于到达的时间所考虑的结构点处的波阵面。这个时间包括爆炸物质释放的能量转移到环境中的时间(Martin [5])。压力从初始值上升(大气压或环境压力)至正常压力峰值(峰值超压)，随后降低，直至其值衰减到初始压力值。波前正负相位的持续时间表示为和(图3.)：压力衰减的时间是从峰值到初始值，反之呢为到最小负值出现之前的后续时间间隔，，处于负相。压力强度随时间衰减的关系近似为以下表达式，即弗里德兰德方程(Baker [6])。该现象的正相位与爆炸波的主压力波有关(图)3.)： 在哪里换算距离的单位是m/kg吗^1/3(相关归一化后得到;Ngo等[7]),炸药的数量是多少,是衰减系数，它定义衰减曲线的斜率(Martin [5): 变量(正相持续时间)由(Pandey et al. [8]）

对于半球形爆炸，即发生在地面上的爆炸，建议(1)乘以等于1.8的一个系数，以解释爆炸时发生的冲击波的反射(Lam等。[9):

2．2．应变率加载下的材料响应

高应变率影响材料的力学性能，从而影响结构中各元素的退化机制。高变形率对材料强度的影响通过动态增加因子(DIF)量化，DIF定义为动态强度与静态强度的比值(Javier and Allen [10.])。爆炸荷载引起的变形率过高，其数量级为10²/ s-10⁷/s，而在通常载荷下，变形率在10之间⁻⁷/ s和10⁰/s(作为参考，请注意与蠕变和弛豫现象相关的速率在10的范围内⁻⁸/ s到10⁻⁵/ s;假静态载荷发生在应变率为10⁻⁸/ s到10⁻⁴/ s;地震荷载的应变率为10⁻⁵10 / s / s。爆炸和碰撞的应变率从10/s到10⁷/s，而更高的速率对应于天体物理现象，CEB-FIP，公告56 [2])。

对于受爆炸荷载作用的钢筋混凝土结构，由于速率效应，混凝土和钢筋的强度会显著提高。钢筋的增幅可超过50%，而受压混凝土的增幅可超过100%，受拉混凝土的增幅可超过600% (Javier and Allen [10.])。一个含义不相称的两种材料强度的增加是一个在实践中改变目标的层次结构的失效模式:因此,设计控制弯曲屈服在装货相对较低的利率可能成为控制剪切或联合shear-flexural失败的模式以更高的利率(非政府组织et al。7])。可以根据应变速率（CEB-FIP，公告55 [2]);然而，这种现象也可以用下列方程来近似表示。

2.2.1。速率对混凝土抗压强度的影响

考虑 在哪里动态抗压强度是否与加载速率一致，加载速率下的静态抗压强度是多少，变形速率是否在30 × 10范围内⁻⁶年代⁻¹3 × 10²年代⁻¹,= 30 × 10⁻⁶年代⁻¹为假静压缩加载下的变形速率。

2.２.２.速率对混凝土抗拉强度的影响

考虑 术语在(5)和(5 b)为随加载速率变化的动态拉伸强度，是加载速率的静态拉伸强度，是拉伸变形的速率范围为1×10⁻⁶年代⁻¹3 × 10²年代⁻¹,= 1 × 10⁻⁶年代⁻¹(假静态拉伸加载条件下的变形速率)。除了材料强度外，高变形率还会影响其他所有的机械性能。例如，根据定义，混凝土在高变形率下的弹性模量可由下式求得: 在哪里为动荷载作用下的变形速率，是动态弹性模量，和为混凝土的弹性模量。结合上述方程(并考虑单轴压缩中应力应变响应常见的Hognestad抛物线)，由 在哪里峰值应力处的变形是否与加载速率有关和是假稳定载荷下峰值应力的变形。

2.2.3。钢的动力放大系数

哈维尔和约翰[11.]通过实验测试，研究了高应变率下钢筋强度的提高。结果遵循非线性关系，其中动态放大的变化率随应变率线性增加。得出DIF的对数与应变速率的对数呈线性关系，．所使用的屈服应力和极限强度的关系是(Javier和John [11.]） 参数用于计算屈服应力和极限钢筋应力由下列关系式求得: 钢筋的屈服应力是和吗为钢筋的极限强度，MPa。

该模型适用于屈服应力290 ~ 710 MPa、应变率10 ~ 10的钢筋⁻⁴和225年代⁻¹．强度增加估计根据(9)和(9 b)只考虑为被动钢筋(即，它是无效的预应力钢。在处理预应力索强度时，不考虑动力放大)。

3.调查冲击波对高速公路立交桥的影响

在某公路立交桥模型上研究了爆破对桥梁的影响，如图所示4(一)．选择用于研究的桥梁上部结构具有实际桥梁系统的几何特性(Kotsoglou和Pantazopoulou [12.])，并在中心弯和边缘桥台处整体连接(图4 (b))．这座桥有两个不相等的跨度，两柱中心弯曲。该甲板包括由多个单元组成的盒状截面。跨度分别为42.00 m和34.00 m(图4 (c))．箱形截面通过5根I型截面梁划分为单元，腹板宽度为0.3 m，上部结构高度为1.73 m。

中心弯柱为直径1.50 m的圆形截面，由独立的承台支撑在群桩上;每个基础块体为3.75 m × 4.75 m × 1.00 m的矩形块体。柱体净高为5.50 m。弯曲的门式刚架的中心位置在桥面宽度的中点，柱间距为3.88 m，无偏心;柱与弯曲帽梁(横向梁)整体连接，后者又与相邻的上层甲板结构整体连接。在桥梁实例分析中，假设以下参数值:C30/37混凝土等级(Eurocode 2, 2004)具有抗压强度特征= 30 MPa，标称弹性模量= 32 GPa，然而S500B所有松散钢筋均采用钢(特徵钢屈服强度)= 500 MPa)。自重和支撑反力是根据可用的桥梁建筑图纸估计的。

3．1.模拟爆破压力在桥梁上的变化

本研究考虑的问题涉及上述桥梁的动力响应，由于近距离地面爆炸。首先要解决的关键问题是整个桥梁结构的压力分布以及压力波在空间和时间上的传播方式。

在爆炸时刻，主压力波向各个方向均匀传播。在传播过程中，压力随时间而变化:空间中每个点的峰值压力取决于与震源的距离和爆炸物质的数量(图)5)．因此，对于每次爆炸，位于离震源特定距离(如图所示的球面距离)的所有点的值都是相同的2)．在这种表示，，,爆炸波的峰值是否在距离处，，,从源获取相应的到达时间，，,．注意，峰值压力的值与标准化距离成反比，．对于较小的归一化距离值，所产生的压力相对于较大归一化距离点的峰值压力要高得多。

此外，爆发波的压力不会以相同的速率衰减，因为它取决于劣化系数哪个是函数．很容易证明增大，而归一化距离减小;也就是说，对于离震源较近的距离和大量的爆炸物质，系数很大，压力衰减很快。这就是物理意义，而它的计算与爆炸波的冲量(势能释放)有关。

当冲浪波到达其暴露表面上的特定点时，压力对结构的影响开始于其曝光表面上的特定点，因此因此表示为“到达时间”。在到达时间考虑到任何给定的空间点的压力值最大。压力幅度根据该峰值（1)．

压力值超过大气压力的持续时间也取决于．所谓的正相位开始于到达时刻，结束于压力第一次等于大气值的那一刻。发生的瞬时平衡预示着现象的第二阶段的开始，被称为“负阶段”。与正相相比，负相的持续时间明显更长;然而，它对结构的影响要低得多，常常被忽略，而负压所假定的值相对比正相要低得多。爆炸波运动过程中的风吸力与动压力有关，动压力总是等于或大于大气压力(即不设负值)。

关于所考虑的桥梁，假设爆炸的来源位于地面上。在本研究中忽略了在爆炸时释放的热辐射及其对材料反应的影响。位于波前的路径上的表面接收反射压力，而其他表面接受偶然压力（图2)．为了计算反射压力，在弗里兰德方程中的峰值压力下使用了等于1.8的系数（参见（6）).对桥梁有限元模型进行动力分析时所用的材料特性进行了调整，以考虑动力放大的影响;注意，对于中强度和高强度的爆炸(即应变率高于参考值3 × 10)²年代⁻¹）可以从（4) - (9 b)．在这里考虑的案例研究中，假定爆炸材料为500 Kgs ΤNΤ，距离桥梁的中心弯3 m(图)6（a）)．

4.爆炸波模拟的方法学

在本节中，提出并实施了评估爆破对结构的影响的两步简化方法。主要的范围是提供一个近似但可靠的工具，以即时估计上述影响，基于完善的工程设计和评估策略。根据方法学，有相应的主要的变形形状是根据该桥梁详细的集总塑性梁单元计算模型中作为位移加载模式的简化弹性分析来初步估计的[13.]．后者被认为是一种基于位移的推覆分析，即结构受到的是一种固定形式的逐渐增强的位移，而不是固定形式的逐渐增强的荷载。目标位移强度水平是在弹性分析中明确考虑压力锋面演化时获得的。上述简化是有利的，不仅因为世界各地的许多工程师都熟悉“推覆分析”的概念，而且因为它把一个多参数问题简化为一个简化的结构工程问题。此外，与详细的有限元非弹性模拟模型相比，可以消除大量计算缺陷，如脆性开裂后材料刚度不良导致的收敛、耗时和资源消耗等问题。在此基础上，基于实例桥的弹性时变有限元模型，评估了系统在爆炸荷载作用下的相应变形形状[14.，但请注意，可以使用简化的、合理的变形形状近似。

因此，在梁单元详细计算仿真的基础上，根据初始步骤获得的变形形状图，进行基于位移的推覆分析。集块塑性甚至脆性破坏[13.]的特性(例如弯矩-曲率和剪切破坏准则)被纳入每个结构单元，以考虑诱发的损伤。

4.1。计算爆炸波前的负荷

以爆炸瞬间设定的参考起点来定义时间(）;在那一瞬间，波开始在空间中膨胀，向各个方向发展(图)1和6（a）)．在时间爆炸前沿到达结构的最近点(离震源旅行距离最短的点;数据6（b）和6 (c))．在桥梁案例研究和考虑的爆炸事件中，这一点是在中心弯曲的基础上暴露的一面。在时间在冲击波与结构接触的过程中，中心墩支承处的柱基础是唯一受到法向压力的点。在某一时刻施加压力的强度在这一点上等于(图5），而剩下的结构保持卸载。

在举行期间，波已经膨胀并接触到一个新的表面(加载表面)，这个表面是由代表波前和结构的球体横截面上的公共点定义的(图)6 (d))，且距离也大于初始接触点的距离。这个距离取决于冲击波锋面的演化速度。在这个瞬间，这个特定的表面受到了压力(数据6 (c)- - - - - -6 (f))．同时，初始点受到压力的加载,在那里是根据Figure3.,因为．这些表面，由于在考虑的时候没有遇到爆炸前沿，仍然是空的。

在时间实例中也是一样的，，当峰值压力发生时，,因为它们逐渐与波前接触的表面，而已经通过的波浪通过该表面通过衰减的压力幅度加载。这些由压力变化模型估计，如图所示3.适当引入参数值后。因此，被球面波前相交的结构的每一个新表面在接触的瞬间都受到峰值压力的加载，而之后它继续受到从衰减关系估计的压力的加载，直到它被消除。

接触点的集合,同时加载自动评估通过计算他们的归一化距离源基于假设冲击波的发展在恒定速度径向(几何距离和数量的爆炸性物质相结合计算归一化距离;然后将其引入相应的关系式中，用于计算给定时间内各点的压力)。如图所示6 (c)- - - - - -6 (f)，在结构的不同构件中有同时受力的表面。

波前的速度由下式计算(Ngo等。[7): 在哪里为峰值正压，是爆炸前的环境大气压，和是在环境条件下的声速。

每个表面所感受到的压力大小取决于其相对于波阵面演化方向的位置。位于波传播最前端的表面接收反射压力，而所有其他表面接收附带压力(图)2)．

用这种方法计算作用在结构各点上的压力，这个问题被简化为一个经典的结构动力学问题，可以用已建立的程序(例如，用有限元)进行数值求解;位于结构周长上的每个有限元的边界受到一个取决于其与源的距离的时变压力函数的加载。必须计算的数据量与结构的大小和复杂性成正比，因此对于普通结构来说，需要大量的计算能力。为了解决这一问题，在本研究中，在不损失精度的情况下，确定了一组表示前进半球波阵面与结构交点的几何轨迹。基于图中所示的连续、随时间变化的桥梁接触模式7，为模拟波浪随时间的传播，在每个关键构件(柱面和甲板面)上定义了离散的荷载面。由图中所示的压力随时间的变化示意图可知3.并考虑图中的波传播模式6，每个加载面以离散的到达时间为特征这取决于距离震源的距离和由(10.)．数字7说明了在桥上定义的加载表面，而压力在每个步骤中被视为常量。压力值设为平均值，即桥表面各点到源的平均距离对应的值。对于柱，表面有一个较小的面积，因为最初，到达后，压力显示出更快的衰减速度，而对于甲板，这些表面很大，因为随着时间的增加，压力衰减速度下降，如图所示3.．在此基础上，围绕初始接触点对称定义桥面和柱面，并分别离散为5段和8段(图)7和8(一个))．注意，反射的压力波会影响表面(图)8 (b)) at the forefront (i.e., front-face of the columns, bottom, and front-face of the bridge deck), whereas the incidental pressure wave affects the sides and back-face of the structure (back-face of the columns, upper surface of the superstructure).

4．2．提出了简化方法

在本节中，提出了一种基于常用分析工具的快速评价爆破效果的简化方法。一般来说，像爆炸效应这样复杂的现象需要建模和分析方法，并且需要大量的计算费用。该问题的动力学性质，加上先进的材料本构特性，将导致极其复杂的有限元模型具有非常多的节点，巨大的计算成本，并有问题的结果(例如，非弹性有限元分析中的收敛问题)。在此基础上，提出了一种简化、易于使用的方法，以降低计算成本，同时基于广泛使用的软件包提供可靠的解决方案。该方法的核心是确定爆炸波作用下结构的主要变形形状，然后在具有集中特性的简化普通结构梁单元模型的基础上进行普通推覆分析。整个方法可以总结为以下步骤:（一种）基于本文提出的理论背景(第一部分2)，评估所有作用于现有结构单元的压力及其沿桥面和下部结构的分布情况。(b)通过已建立的分析方法(即弯矩-曲率截面图，剪切和轴向拉伸/压缩极限强度值)评估所有关键部件(柱和梁)的结构性能。上述数值将作为集总塑性梁单元模型的输入，同时将形成下一步有限元模型中有效变形模式选择的破坏/屈服准则。根据本节的规定，对于混凝土和钢，还应考虑应变率现象2.2．(c)生成有限元模型(简化或详细)，并通过弹性分析工具的实现，找到结构在峰值动力位移响应时由于爆炸波效应的主要变形形状。本节给出了详细的三维有限元建模方法4．1被认为是最可靠的解决方案，而其他耗时较短的策略也可以接受(例如，在广泛使用的商业软件中使用2D元素)。考虑到变形形状是为了在推覆分析中使用，选择应该与结构的失效/屈服状态相对应，基于第二步中为每个关键结构部件定义的适当的屈服/断裂准则。(d)利用前一步骤计算的主要变形形状，在具有集中特性的简化梁单元结构模型中进行传统的基于位移的推覆分析。基于普通的结构建模策略(Step (b))，详细的截面属性和相互作用是必须纳入模型的。在任何情况下，所得到的总力应等于或小于来自FE模型中提取的最大估计施加的力。

4．3．主要的变形形状

实施该方法的关键问题是估算结构在爆炸荷载作用下具有代表性的主要变形形状。因此，“主要”变形形状在这里被定义为结构体系在脆性破坏或屈服之前的弹性变形状态，这对结构部件的稳定性很重要。考虑到结构关键构件的诱导荷载的严重程度和相应的瞬时脆性破坏，上述变形形状近似通常提供了具有代表性的沿结构的力分布模式。请注意，结构单元在爆炸荷载下的局部屈服是罕见的，而脆性破坏模式通常是主要的破坏模式。根据上述，基于桥梁每个关键结构构件的预期破坏特征(如剪切破坏、轴力或弯矩承载力)，从已实现的有限元计算研究中提取弹性变形形状。对于被测结构体系(后张混凝土桥)，控制整个反应的关键构件是后张梁和中心弯柱，体系的主要变形形状如图所示8 (c)和8 (d)．

4．4.应用该模型进行案例研究及结果

如本节所述4．2，为了使计算成本最小化，进行了弹性分析(图8 (c))是为了确定结构假定的“主要”变形形状，然后在中心墩柱的塑性铰区域缩放至屈服。分析结果如图所示8为峰值估计响应。如图所示，结构最初处于静止状态8(一个)和8 (b)，图中所示为结构被细分到的荷载面。根据弹性分析的结果，我们发现结构所假定的最关键的变形模式类似于横向振动的基本模态的形状(图)8 (c)和8 (d))．人们发现，这种模式是在爆炸波从底部移动，推动整个结构向上时发生的。为了在不增加计算复杂度的前提下将结构响应提取到非线性范围内，将简化的非线性框架模型组合起来进行结构分析。实际上，采用所提出的建模方法，可以减小问题的规模，从而在使用简化本构和材料特性的同时，能够评估爆破对桥梁的影响。在此基础上，对结构进行如图所示的评估优势变形模式8 (c)然后归一化到峰值，以表示一个形状函数(考虑图中所示的形状)8 (c)，这里可以说，一种类似于标准“推覆”的分析在原则上是被尝试的，其动机来自地震工程实践，并打算用于爆炸事件)。在上述定义的变形模式基础上，采用逐步增大的非线性静态过程逐步增大变形强度。这使得非弹性状态的确定在不同强度的位移时，桥面根据图中所示的模式变形8 (c)．在任何情况下，所得到的总力应等于或小于来自FE模型中提取的最大估计施加的力。

考虑到所研究的问题被简化为一个包含典型框架单元的模型，对模型中的每个结构构件进行适当的非弹性铰链性能评估。基于众所周知的结构工程评估，对每个现有的关键构件(剪切和轴向压缩/拉伸极限力，弯矩-轴向荷载相互作用图，集中塑性铰链的弯矩-旋转包络，以及需要进行模态详细理想化的构件截面的塑性铰长度和弯矩-曲率关系)。这种方法的目的是根据桥梁关键构件中建立的应力和应变结果的值来量化损伤程度(图)9)．

从推覆分析结果可以看出，塑性铰在结构中迅速形成，最直接的是两个墩柱顶部和底部的塑性铰。经过进一步的评估，得出的结论是，在构件的端部发生弯曲屈服后，柱将因剪力和轴向拉力(由于施加在桥面下侧的向上压力)的组合而破坏。考虑到估计破坏模式的脆性，根据爆炸波的强度，预计柱内的损伤可能是广泛的。在这一点之外，由于爆炸波的垂直分量贯穿整个跨度，在结构的各个点上可以观察到塑料铰链的顺序形成。桥台和中心墩附近的甲板梁在跨的很大一部分上达到剪切破坏;在跨中没有观察到弯曲破坏，这表明剪切破坏先于弯曲破坏模式，直接导致非比例损伤和倒塌。

在本案例中，可以明显看出，与普通地震事件相比，爆炸作用引起的超载荷沿上部结构和下部结构单元分布的模式明显不同。早期轴向拉和剪切脆性破坏主导整个体系的反应，而弯曲屈服现象，通常被认为是关键的地震设计实践，似乎是次要的。

基于以上，很明显，常见的地震设计和详细实践并不涵盖所有的爆炸作用，因为发展的机制与传统荷载组合(包括地震)中考虑的机制有显著不同。因此,应该强调的是,现有的基础设施元素的设计是基于普通结构/地震设计实践和规定容易受到重大爆炸加载和需要采取额外措施(主动或被动保护)为了确保那些桥系统的结构完整性将被认为是在紧急情况下连续运行的关键。

5.结论

提出了一种快速评估爆炸荷载对桥梁影响的简化模型方法。该方法是一种通用的工具，用于一阶估计爆炸对结构的影响，否则将需要广泛和复杂的非线性时程分析。首先在空间和时间上对压力波前的演化进行数学描述，以确定其与暴露的结构面的轨迹。这使得在结构上定义压力作用成为可能。这是利用线性动力分析的详细弹性有限元模型的结构，以确定优势位移剖面经历的结构。将变形归一化到峰值响应，从而建立桥梁结构在极限位移响应时的形状函数。然后将识别的位移模式应用于结构的非线性框架模型。通过这种建模选项，与三维实体非线性有限元建模相比，非线性静力分析以大大减少的计算成本成为可能，而三维实体非线性有限元建模在进行完整结构的时程研究时仍然非常耗时和难以计算;原因之一是缺乏相关的非线性循环砖有限元模型，适合建模三维实体钢筋混凝土结构的现实复杂性，而脆性非线性导致三维实体有限元模型不可克服的收敛问题。框架模型受识别的位移模式影响，强度逐渐增加到弹性分析识别的位移水平。 Note that the concepts used are extended from earthquake engineering where performance is established from a displacement-based pushover analysis up to the anticipated level of displacement demands. Nonproportional damage is the characteristic consequence of surface, near field explosions such as the example considered in the present study for a two-span typical highway overcrossing. It was found that axial tension as well as shear failure in the columns and deck owing to the excessive displacements caused by the blast having the intensity examined would lead to catastrophic collapse of the bridge. Clearly, blast actions induce severe loads on the structure which are distributed based on different patterns along the superstructure and the substructure elements. Considering that conventional structural and earthquake design fails to provide a solid framework against blast actions, additional measures are necessary to be implemented (e.g., active or passive protection of the system). Based on the simplicity and the reduced computational cost, the proposed method could form the basis for future investigations of blast phenomena as it is intended for a fast assessment procedure of structures subjected to accidental explosions.

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

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