PDF《爆炸冲击作用下预制节段拼装桥墩的 动态响应与损伤分析* 》

1 Material model and main parameters of air and TNT explosive 材料 材料定义 状态方程 主要参数 空气 *MAT_NULL *EOS_LINEAR_ POLYNOMINAL ρ0/(kg・m?3 ) C0~C3,?C6 C4,?C5 E0/(μJ・m?3 ) 1.3

0 0.4 2.5 TNT炸药 *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_ BURN *EOS_JWL ρ0/(kg・m?3 ) D/(km・s?1 ) pCJ/GPa A/GPa B/GPa 1.654 6.93

21 371.2 3.231 注:ρ0为材料密度;

E0为空气的单位体积初始内能;

D为炸药爆速;

pCJ为炸药爆压;

C0~C6为状态方程系数;

A、B为实验确定常数. ? 图?1????结构原型图 Fig.?1????Structure?prototype ? 图?2????有限元模型 Fig.?2????Finite?element?model ????第?39?卷爆??????炸??????与??????冲??????击第?3?期???? 035104-2 率,约为 200?s?1 .根据

2 组经验公式[20-22] 计算混凝土材料的动力增强系数.经计算对比,取抗压动力增 强系数为 2.2,抗拉动力增强系数为 4,即考虑动力增强系数后混凝土极限抗压强度为 110?MPa,混凝土极 限抗拉强度为 16?MPa.此计算值作为*MAT_ADD_EROSION 控制混凝土的抗压与抗拉破坏的准则.另外,静力荷载下的典型混凝土极限拉应变为 2*10?4 (约为极限压应变的 1/10),考虑到软化段、应变率的 影响,同时防止计算中过多的单元删除,在破坏准则中设置最大主应变为 0.02. 1.3 模拟工况 节段长细比(λ)、初始预应力水 平和桥墩体系是影响预制节段拼装 桥墩爆炸动态响应与损伤的重要因 素,因此通过建立不同的有限元模 型研究上述因素对其动态响应与损 伤的影响.计算工况见表 4. 通过对比工况 1~4 研究节段长 细比中节段高度的变化对结果的影 响,通过对比工况

3、

5、6 研究节段 长细比中节段直径的变化对结果的 影响;

通过对比

3、

4、7~10 研究不同 初始预应力水平下的动态响应;

通 过对比工况

3、

11、12 研究不同桥墩 体系受爆下的损伤.

2 模型验证 为了检验本文中模拟方法的准确性,采用相同模拟方法,选取文献 [23] 中U2B 的实验结果进行比 较,实验布置见图 3.在验证模型中,混凝土柱尺寸和实验相同,见图 4.混凝土柱采用纤维含量为 2.5% 的超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC).纵筋直径 16?mm,箍筋直径 8?mm.具体材料参数见文 献[23].炸药质量按实验配置采用 17.5?kg,爆炸中心距混凝土柱表面 1.5?m.在模拟中,混凝土柱一端采 表?2????钢筋材料主要参数 Table

2 Main material parameters of steel ρ0/(kg・m?3 ) E/GPa ν σy/MPa ηN/GPa C P 7?850

200 0.2

550 2.1

40 5 注:E 为弹性模型,ν 为泊松比,σy 为屈服强度,ηN 为切线模量, C 和P为Cowper-Symonds 应变率参数. 表?3????C50 混凝土主要参数 Table

3 Main parameters of C50 concrete ρ0/(kg・m?3 ) G/GPa FC/MPa T/MPa pC/GPa εC 2.314 33.85

50 5 0.16 0.001 注:G 为剪切模量,FC 为准静态单轴抗压强度,T 为抗拉强度, PC 为破碎压力,εC 为破碎体积应变. 表?4????计算工况 Table

4 Calculation cases 工况 墩身直径/m 节段长度/m λ 初始预应力水平 桥墩体系

1 0.5

3 6 10% S

2 0.5

1 2 10% S

3 0.5 0.75 1.5 10% S

4 0.5 0.5

1 10% S

5 0.4 0.75 1.875 10% S

6 0.6 0.75 1.25 10% S

7 0.5 0.75 1.5 5% S

8 0.5 0.75 1.5 15% S

9 0.5 0.5

1 5% S

10 0.5 0.5

1 15% S

11 0.5 0.75 M

12 0.5 0.75 10% H 注:S表示预制节段拼装桥墩,M表示整体现浇桥墩,H表示混合体系桥墩. ? 图?3????实验布置 Fig.?3????Experimental?set?up ? 图?4????验证有限元模型 Fig.?4????Finite?element?model?of?verification?model ????第?39?卷杨????旭,等:?爆炸冲击作用下预制节段拼装桥墩的动态响应与损伤分析 第?3?期???? 035104-3 用固定约束,另一端不约束柱轴向.轴压为 1?000?kN. 在没有初始预应力的条件下,得到了跨中位移时间曲线,如图