Page 47 - 《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

时，顶板弧形切口的深度从 79 mm 增大至 160 mm，同样表现出稳定发展趋势。从上弦杆横截面可见，各
工况下产生的破口均呈现为典型的花瓣状破坏特征。当炸药当量增至 150 kg 时，其瞬时能量显著增大，
迎爆面钢板在爆炸作用下迅速断裂并形成碎片，这一破坏模式与已有相关爆炸试验结果 [34] 一致。随后，
这些钢板碎片随冲击波共同作用于背爆面钢板，形成尺寸为 590 mm×219 mm 的破洞，使上弦杆的破坏模
式由非贯穿破坏转化为贯穿破坏。此外，碎片进一步冲击至上平纵联的斜撑，导致斜撑形成尺寸为
368 mm×259 mm 的破洞。

Effective plastic strain

0 1.50×10 −2 3.00×10 −2 4.50×10 −2 6.00×10 −2 7.50×10 −2 9.00×10 −2 1.05×10 −1 1.20×10 −1 1.35×10 −1 1.50×10 −1

667 mm 878 mm 1 205 mm
Blast face Blast face 1 100 mm

Rear face Rear face
Side view 79 mm Side view 80 mm
25 kg (S5) 50 kg (S6)
1 983 mm 1 100 mm 1 961 mm 1 100 mm
Blast face Blast face
368 mm×259 mm
590 mm
Rear face Rear face
219 mm
Side view 160 mm Side view 160 mm
100 kg (S1) 150 kg (S7)

图 18 不同当量下上弦杆的损伤云图
Fig. 18 Damage nephogram of the top chord under different charge equivalents

为进一步分析上弦杆侧面爆炸下结构的破坏机理，图 19 展示了当量 100 kg（S1）和 150 kg（S7）工况
爆炸时冲击波的传播过程。炸药从底端起爆后，冲击波快速向周围空气域扩散，作用于上弦杆的迎爆
面，导致迎爆面钢材发生塑性变形并断裂形成破口，同时冲击波在迎爆面发生反射。破口形成后，空气
域中的冲击波通过破口侵入中空杆件内部，受壁面约束，在内部反射叠加形成局部高压区。值得注意的
是，工况 S7 下炸药当量更高，冲击波荷载更强，迎爆面钢材在高压冲击下发生断裂并产生飞溅碎片，撞
击上弦杆背爆面，导致背爆面钢材发生塑性屈服并产生破洞。此后，传播进箱室内部的冲击波通过破洞
向外部空气域传播。工况 S7 下背爆面破洞形成的原因是“冲击波荷载-结构变形-碎片运动-二次冲击”
的耦合作用。此外，在该过程中冲击波从迎爆面破口进入中空杆件内部后很快就从背爆面破口泄出，显
著降低了冲击波对上弦杆迎爆面的持续冲击作用，致使工况 S7 下迎爆面破口尺寸略小于工况 S1。
图 20(a) 展示了不同炸药当量在上弦杆侧面爆炸后钢桁梁桥的承载力结果。如表 8 所示，未受损工
况（S0）的整桥承载力为 1 169 MN·m，工况 S5（25 kg）的剩余承载力为 1 066 MN·m、对应损伤因子为
0.088，工况 S6（50 kg）的剩余承载力为 986 MN·m、对应损伤因子为 0.157，工况 S1（100 kg）的剩余承载力
为 821 MN·m、对应损伤因子为 0.298，工况 S7（150 kg）下剩余承载力为 779 MN·m、对应损伤因子为
0.334。为对比分析，增添了拆除爆炸位置处的上弦杆后的剩余承载力工况，其值为 620 MN·m、对应损
伤因子为 0.470。在 150 kg 爆炸工况下，由于钢板碎片飞散对桥体其他部位造成二次冲击损伤，承载力
进一步下降到 779 MN·m，其承载力仍高于拆除单侧上弦杆后的承载力，表明上弦杆依然保留着部分承
载力。此外，结构承载力损失随炸药当量的增长呈现“先快后缓”的规律，存在明显的边际效应递减。
为量化爆炸当量与钢桁梁桥上弦杆损伤因子的相关性，基于模拟数据开展了曲线拟合分析。依托
不同炸药当量（25、50、100、150 kg）对上弦杆侧面爆炸的工况，提取了关键损伤因子数据，同时结合完好

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