Page 40 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

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

以准静态方式施加自重轴向荷载；第 2 阶段在保持第一阶段荷载的基础上施加爆炸荷载；第 3 阶段为稳
定阶段；第 4 阶段逐步增大轴向荷载，直至柱体发生失稳。可根据该过程得到的最大轴向荷载确定钢柱
的剩余承载力。

T3
Steel frame

1 500 877 1 500
T2
25
o
LDTs Support block
mounting rack 90
Steel support frame Thick steel y
base plate 84 Steel plate
z x
U-shaped
Upper clamping plate 32 stiffener
Diaphragm
Lower clamping plate Support block
390 240×3 390
(a) Test setup [28] (b) Schematic diagram (unit: mm)

图 5 U 肋加劲钢板爆炸试验布置图（T2、T3）
Fig. 5 Layout of the explosion test for U-rib stiffened steel plates (T2、T3)

y/m 200 mm Axial force Finite element modelling
8 mm
30 mm×3 mm
TNT 300 mm y z x
3 600 mm 20 mm D y , D z =0

D x , D y , D z =0
−3 −2 −1 0 1 2 3 300 mm 11 mm R x , R y =0 R x , R y =0
x/m 300 mm
图 6 钢箱拱爆炸示意图（T4） 图 7 工字钢尺寸及约束（T5）
Fig. 6 Explosion location of the steel box arch (T4) Fig. 7 Dimensions and conditions of the I-beam (T5)

2.2 模型验证结果
上述夏比冲击试验及其数值模拟结果（T1 工况）对比如图 8 所示。图 8(a) 为厚 4、5 和 6 mm 的无缺
口标准试样的最终变形形态。通过对比分析试件跨中横截面上的特征参数 d 与 t d ，以及试件长度方向
c
的特征参数 l 可以看出，数值模拟结果与试验实测数据的最大相对误差仅为 8.73%。图 8（b）为 V 形缺口
夏比冲击试件的最终变形形态及冲击力时程对比，其中数值模拟得到的冲击力峰值为 8.97 kN，与试验实
测值 8.82 kN 的相对误差仅为 1.70%。同时，数值模拟预测的试件最终变形和断裂形态与试验实测结果
吻合较好，充分验证了所采用 Johnson-Cook 模型参数取值的可靠性。
图 9 展示了 T2 工况的数值模拟与试验结果。数值模拟得到的破口呈现典型的纺锤形特征，尺寸为
41 cm（纵向）×18 cm（横向）。在横截面方向上，数值模拟与试验结果中的破口宽度均受 U 形加劲肋的约
束，限制为 18 cm。纵向破口尺寸与试验结果的相对误差仅为 2.5%。
T3 工况下数值模拟与试验结果的对比如图 10 所示。图 10(a) 为跨中截面残余位移结果，钢板中心
残余位移的模拟结果和试验结果分别为 47.1 和 53.5 mm，各测点残余位移的最大相对误差为 11.96%。
图 10(b) 展示了爆炸作用下 U 形加劲板的破坏形态，钢板背面与 U 肋焊接处出现塑性铰，U 形加劲肋与隔
板交接处存在屈曲现象，板中心位置的 U 肋发生扭曲变形，其破坏特征及动力响应均与试验结果吻合良好。

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