PC箱梁桥火灾爆炸联合作用下损伤效应研究

摘要

利用ANSYS/LS-DYNA建立了预应力混凝土(prestressed concrete,PC)箱梁桥三维有限元模型，采用隐式分析方法对PC箱梁桥进行单独火灾分析，得到其在不同时刻下的温度及热应力的分布特征，采用显式分析方法对PC箱梁桥进行单独爆炸分析，得到其在不同爆炸当量下的局部破坏特征以及整体位移情况．随后，对综合考虑高温和高应变率效应的混凝土本构模型和钢材本构模型进行试验验证，在得到可靠性结果的基础上对PC箱梁桥进行火灾爆炸联合作用分析．结果表明：发生桥上火灾时，桥面板的热应力重分布现象应该得到关注，桥上火灾热应力随着燃烧时间的推移，顶板和翼缘板应力下降程度要大于腹板上方混凝土应力下降程度，桥面板的热应力使得在爆炸的过程中会出现小当量炸药也能造成箱梁顶板严重局部损伤的现象．发生小当量爆炸时，若燃烧持续时间较短，材料产生的高热应力起主导作用，从而在后续爆炸过程中对顶板造成严重的局部损伤，但整体位移与常温爆炸相似；若燃烧持续时间较长，材料的高温软化效应起主导作用，顶板损伤情况有所减小，但整体位移会增大．发生大当量爆炸时，无论是材料产生的高热应力还是材料的高温软化均会造成箱梁顶板的严重破损，冲击波在箱梁的聚集作用下冲击底板与腹板交界处，最终底板坍塌．从热应力分布现象和爆炸局部破坏特征来看，单箱多室的箱梁桥可以适当提高抗爆性．

关键词

火灾 / 爆炸 / PC箱梁桥 / 有限元分析