Page 42 - 《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

得到的极限承载力为 2 102 kN，与文献 [32] 结果 2 130 kN 的相对误差仅为 1.31%。此外，整个加载过程
中的荷载-位移响应也与文献结果具有较高的一致性。该验证工况的模拟结果表明，本文采用的加载方
法在评估爆炸损伤后杆件的剩余承载力方面是合理可靠的。

110 mm

95 mm
Debris
182 mm 189 mm
114 mm
1 2 3
142 mm 144 mm

Test 94 mm
Simulation Debris
(a) Front face (b) Rear face

图 11 T4 试验 [31] 与有限元模拟结果对比
[31]
Fig. 11 Comparison between T4 test and finite element simulation results
−2 500

Simulation
−2 000 Literature [32] T=150 ms T=367 ms
Complete collapse
Bearing capacity/kN −1 500 T=49.9 ms T=340 ms
AL=20% axial capacity
AL=20% axial capacity
−1 000
AL=P residual
−500
AL=Axial Load

0 50 100 150 200 250 300 350 400
T/ms

图 12 T5 承载力模拟结果与试验结果 [32] 对比
[32]
Fig. 12 Comparison of simulation and test results with the T5 bearing capacity
2.3 网格敏感性分析
为探究网格尺寸对爆炸作用下钢桁梁桥破坏模式的影响，基于钢桁梁桥上弦杆处 50 kg TNT 爆炸工
况，选取 40、80、120 和 160 mm 共 4 种网格尺寸开展敏感性分析，结果如图 13 所示。分析结果表明：随
着网格逐渐细化，上弦杆迎爆面的破口面积及冲击波影响区域面积均呈增大趋势。当网格尺寸细化至
80 mm 后，破口面积和损伤范围变化不超过 2%，因此认定损伤破坏形态和程度基本趋于收敛。此外，本
文 2.2 节模型验证中均利用尺寸约为 5 mm 的网格进行分析，进一步对比分析了 5 与 80 mm 网格尺寸的
上弦杆模型在爆炸载荷下的损伤演化过程。结果表明：2 个计算结果均在迎爆面产生破口，边缘处钢板
内卷，5 mm 网格的结构破口尺寸略大，但破口周围塑性区范围较小，而 80 mm 网格的破口相对较小，塑
性区的范围较大；80 mm 网格的塑性区长度（1 870 mm）与 5 mm 网格塑性区长度（1 837 mm）接近，二者
破口长度的相对误差为 20%，可见较大尺寸的网格能够准确捕捉到结构的主要损伤破坏特征。在计算
耗时方面，相同计算平台下 80 mm 网格的计算耗时仅为 13 min，约为 5 mm 网格计算耗时 34 h 30 min 的
0.63%。因此，考虑到整桥模型的计算量更大，综合计算精度及计算效率，后文爆炸阶段分析中空气与结
构的网格尺寸均为 80 mm。

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