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空中爆炸冲击波作用下悬索桥竖向弯曲响应

王赟  
【摘要】: 大跨度悬索桥是千米以上桥梁的主要桥型之一,在陆地交通网中具有重要地位。鉴于大跨度悬索桥所面临的主要爆炸威胁,本文采用解析法和数值模拟相结合的方法,研究了装药在桥轴线上方爆炸冲击波作用下悬索桥的竖向弯曲响应,重点分析了结构的瞬态响应。本文主要工作和创新性成果如下: (1)在现有爆炸冲击荷载研究成果基础上,提出和验证了常规弹药在桥轴线上方爆炸作用于桥面的瞬时冲量荷载公式。结果表明:本文提出的瞬时冲量荷载公式可用于爆炸冲击波作用下的悬索桥竖向弯曲响应分析,与采用AT Blast软件得到的瞬时冲量加载计算结果相比较,误差小于10%,且本文公式加载更方便。 (2)建立了某大跨度悬索桥竖向弯曲响应分析的二维简化模型,基于线性挠度理论得到了前6阶竖向弯曲振型,并结合模态叠加法导出了装药跨中上空爆炸冲击波瞬时冲量作用下竖向弯曲振动解析解。与数值模拟结果比较表明:自振频率和动挠度均吻合较好,误差分别小于5.5%和8.5%,但由于解析解未能考虑瞬态阶段,加劲梁内力的解析解比数值模拟小很多。因此,瞬时冲量作用下的悬索桥竖向弯曲响应研究应采用数值模拟进行计算。 (3)采用ANSYS软件进行数值模拟,研究了对称和非对称瞬时冲量作用下悬索桥的竖向弯曲响应过程和机理。研究表明:爆炸瞬时冲量作用下悬索桥的竖向弯曲响应存在非稳态和稳态两阶段,非稳态阶段相联构件间相互作用强烈,各构件内力变化幅值大;稳态阶段构件间的相互作用减弱,构件内力围绕恒载值上下小范围波动;各构件的最大内力均发生在非稳态阶段。 (4)通过大量数值模拟,研究了装药水平位置、装药量和爆高对结构内力的影响。研究表明:装药水平位置变化对加劲梁和吊杆最大内力影响很大,但对主索拉力影响不明显;装药量和爆高的变化对加劲梁和吊杆最大内力影响较大,尤以跨端爆炸时加劲梁内力变化最明显,但对主索最大拉力影响也不明显;加劲梁的最不利荷载位置在跨端,吊杆的最不利荷载位置在跨中。


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