Page 34 - 《爆炸与冲击》2026年第6期
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第 46 卷            杜晓庆，等： 接触爆炸作用下钢桁梁桥的破坏模式与剩余承载力                                 第 6 期

               不同比例距离的侧向爆炸荷载作用下的破坏模式，发现方管挠度和径向变形随比例距离的减小而增大，
               呈现先轴向扩展后径向收缩的演化特征，而宽厚比的增大将显著增大挠度和径向收缩程度，并将变形过
               程划分为弹性凹陷、塑性变形、边角卷曲和侧壁凸鼓                        4  个阶段。白志海       [15]  开展了正交异性钢桥面板在
               爆炸荷载下的数值模拟研究，发现钢桥面板的破坏模式随装药量的增大由局部塑性变形过渡为花瓣形
               破口，结构的耗能主要由盖板和纵向加劲肋的塑性变形承担，且随装药量的增大，破片动能在总能量中
               的占比逐渐提高。
                   尽管现有研究已取得了一定进展                [16-19] ，但是针对接触爆炸作用下钢桁梁桥的损伤破坏模式和剩余
               承载力的研究仍存在以下不足：(1) 多聚焦于钢柱和钢桥面板等构件层面，针对整桥层面的分析相对较
               少，且多聚焦于桥面爆炸，缺乏对不同杆件脆弱性的系统对比；(2) 多关注爆炸荷载下结构的动态响应和
               破坏模式，缺乏对基于精细化钢桁梁桥模型破坏模式及其剩余承载力的定量评估研究；(3) 多针对单点
               爆炸作用，较少涉及多点爆炸荷载作用下整体桥梁的损伤响应分析。针对现有研究的不足，本文以某
               双线铁路钢桁梁桥为研究对象，采用                  LS-DYNA   有限元软件开展爆炸荷载作用下钢桁梁桥破坏模式
               及其剩余承载力的数值模拟研究。首先，建立该双线铁路钢桁梁桥的精细化有限元模型。其次，通过与
               加  劲  钢  板  、 钢  箱  拱  爆  炸  试  验  和  工  字  钢  爆  炸  后  剩  余  承  载  力  的  研  究  结  果  进  行  对  比  ， 验  证  数  值  仿  真  方  法  、
               材料模型、接触算法及其参数取值的可靠性。随后，对钢桁梁桥上弦杆在接触爆炸下的损伤破坏和整桥
               剩余承载力开展网格敏感性分析。在此基础上，分析接触爆炸作用下，钢桁梁桥的最不利杆件位置及
               爆炸当量对破坏模式和剩余承载力的影响，并建立最不利位置处单点爆炸时的损伤因子与炸药当量之
               间关系的经验公式。最后，在单点爆炸研究的基础上，分析多点爆炸作用下钢桁梁桥损伤的累积效应，
               探讨整桥损伤破坏的演化机制及其剩余承载性能，以期为钢桁梁桥的抗爆防护设计与安全评估提供
               参考。

                1    有限元模型


                   以某   96  m  跨双线铁路钢桁梁桥为研究对象，桥梁主体结构节间长度为                          12 m，桁高为    13 m，横桥向
               支座中心距为       14.1 m。上弦杆采用焊接箱形截面，截面尺寸（宽×高）为                     800 mm×1 100 mm，壁厚    36 mm；
               下弦杆为带悬臂的焊接箱形截面，横截面尺寸为                      800 mm×1 300 mm，翼缘板厚      32 mm，腹板厚     36 mm，其
               上翼缘板设置长        520 mm  的外伸悬臂板，并在距悬臂板外端               180 mm  处设置尺寸为      160 mm×20 mm  的条
               形加劲肋。斜腹杆为          H  形截面，翼缘板宽       700 mm，腹板高    800 mm，翼缘板和腹板厚度均为             24 mm；上平
               纵联杆件同样采用         H  形截面，翼缘板宽       400 mm，厚   16 mm，腹板高    420 mm，厚   12 mm；节点板的尺寸为
               2 680 mm×1 500 mm。桥面系统采用带          U  形加劲肋的正交异性整体钢桥面板结构，沿桥梁纵向共布置
               33  根横梁，间距为      3.0 m；无砟轨道系统采用分块式布置的标准                   P5600  型无砟轨道板（板间纵向间隙
               20 mm），由轨道板、自密实混凝土填充层和底座板组成                     [20-21] ，并通过   ∅  19 mm×100 mm  柱头焊钉与钢桥面
               板连接。全桥钢结构均采用             Q370qE  钢，其屈服强度为       390 MPa，极限强度为      510 MPa。无砟轨道系统由
               轨道板、自密实混凝土填充层和底座板混凝土                     3  部分组成。
                   图  1 为建立的钢桁梁桥接触爆炸有限元模型，对钢结构和剪力钉分别采用壳单元（*ELEMENT_SHELL）
               和  梁  单  元  （ *ELEMENT_BEAM） 进  行  模  拟  ， 对  混  凝  土  、 空  气  和  TNT  均  采  用  实  体  单  元  （ *ELEMENT_
               SOLID）。壳单元和实体单元的网格尺寸均取                  80 mm，梁单元的网格尺寸取           20 mm。钢结构各杆件之间、
               钢桥面板和剪力钉之间以及混凝土各部件之间均采用共节点连接。剪力钉与无砟轨道系统之间的相互
               作  用  通  过  关  键  字  *CONSTRAINED_BEAM_IN_SOLID     描  述  ， 钢  桥  面  板  和  无  砟  轨  道  系  统  之  间  采  用

               *CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE           定义自动面面接触。TNT、空气、全桥钢结构、混
               凝土及剪力钉之间通过关键字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID                     实现流固耦合约束。在边界条
               件方面，钢桁梁桥采用简支边界条件，通过关键字*CONSTRAINED_NODAL_RIGID_BODY_SPC                                约束
               图  1  中底部节点组    A、B、C、D   的平动自由度。对炸药采用圆柱形装药形式，并设置端部起爆。



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