桥梁结构爆炸荷载效应分析

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摘 要:桥梁爆炸事故不断增多，桥梁结构抗爆问题越来越受到关注，但现阶段我国关于桥梁结构在爆炸荷载作用下的动力响应研究几乎是空白。本文拟通过现有国内外结构抗爆研究分析，并提出爆炸荷载特点。

关键词:桥梁结构；爆炸荷载

中国图分类号：U443文献标识码：A

引言

当前世界上由于恐怖袭击或意外事故频繁引起桥梁结构爆炸，给社会带来的不仅是生命和财产的损失，还对公众的心理造成巨大压力，严重影响社会稳定和国家安全。因此，在加速我国现代化交通建设过程中，针对桥梁结构可能遭受的恐怖或意外爆炸事件，当前迫切需要全面系统地开展爆炸冲击下各类混凝土桥梁结构的灾害响应与抗爆防爆的研究工作，提高其抗爆安全性，进而减少甚至避免爆炸灾害的发生提供有效的科学依据。

一、爆炸荷载理论与分析

（一）爆炸空气冲击波荷载计算

空气冲击波超压及其随距离和时间的衰减、超压持续时间。冲击波冲量、反射超压等是空气冲击波的基本力学特征。当爆炸空气冲击波到达空间一固定点后，该处的压力突然上升至冲击波超压，然后随时间的推移逐渐见底，有一段时间小于周围环境压力，形成负压，然后慢慢升至周围环境压力。在抗爆结构分析设计中，往往不考虑负压作用，至考虑正压作用，对于空气冲击波作用范围内任一点，典型的爆炸冲击波压力—时间曲线为指数衰减形式：

（1）

式中：——冲击超压；——超压峰值，MPa；——冲击波作用时间；——正压作用时间；——常数，一般取1~5。

目前，研究者主要用冲击波压力、超压峰值、冲量、持续时间等冲击波参数来描述TNT爆炸产生的入射冲击波的传播规律，而冲击波的各种参数常通过比例距离来表达。比例距离可以定义为:

(2)

式中，R为测点与爆心之间的距离，单位为m；W为等效TNT药量，单位为kg。

（二）超压峰值经验公式及比较分析

国内外学者通过大量试验研究和理论推导工作，在空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的研究方面提出了一些预测公式，并给定了公式适用范围，下面简述了几个常见的经验公式【1】。

Brode(1955)认为TNT爆炸冲击波超压峰值(单位:MPa)可用下式确定:

（3）

Henrych(1979) 给出的空气中冲击波超压峰值(单位:MPa)的表达式为:

(4)

Mills(1987)介绍了 TNT爆炸冲击波超压峰值(单位:MPa)的一种表达式:

（5）

Chengqing Wu和Hong Hao_认为高爆炸药冲击波超压峰值(单位:MPa)

可通过下式求得:

(6)

M.A. Sadovskyi根据模型相似律理论建立公式，由试验确定系数，得到局爆炸药冲击波超压峰值(单位:MPa)的表达式为:

(7)

我国国防工程设计规范中规定的无限空气中爆炸时的冲击波超压峰值(单位:MPa)计算公式为【2】:

(8)

各个经验公式超压峰值都是随比例距离的增加而减小，且均表现为近似指数函数衰减的趋势。但同时存在明显差异，当Z

(9)

二、爆炸荷载特点

桥梁结构作为公共基础设施，往往处于开放的环境中。由于其空间尺度大，与传统的建筑结构比，其爆炸荷载具有以下特点：（1）不确定性；（2）荷载效应大；（3）改变结构受力特性；（4）快速衰减；（5）反射放大效应。

三、结语

1.本文简要的叙述了爆炸荷载特点,将国内外学者对空中爆炸冲击波超压峰值的研究进行了对比，提出爆炸荷载特点；

2.现有关于桥梁抗爆研究存在对桥梁结构自身特性分析不够、没有针对在役桥梁等不足；研究成果尚不能解释桥梁各组成部分在空爆荷载作用下的结构损伤及破坏形态；也没有一套完整的避免破坏的抗爆设计及对策。

参考文献：

[1]周昕新.爆炸动力学及其应用.合肥：中国科学技术大学出版社,2001.

[2]张国伟.终点效应及其应用技术[M].北京:国防工业出版社,2006:46-93.