湖南中大设计院有限公司深圳分公司518000
摘要：为了研究车载爆炸下桥面压力场分布规律，本文基于有限元分析建立了车载爆炸混凝土桥面计算模型，研究了炸药量、起爆位置、车体钢板对桥面爆炸荷载压力场分布规律的影响。通过提取桥面测点的冲击波超压并将其POD分解，解决了爆炸荷载时空差异性的问题，得到了不同影响因素下爆炸压力场分布结果。研究结果表明：车载爆炸物爆炸时车体钢板最小尺寸大于炸药尺寸3倍以上时具有明显的消峰作用和延时作用；车体钢板引起的环流效应使阻挡钢板外一定距离处冲击波超压值比自由空爆更高，且钢板长宽比越大，桥面压力场高压区积聚现象越明显；在经验公式和数值模拟结果的基础上，本文还提出了车载爆炸条件下桥面超压峰值预测公式。
关键词：车载爆炸；混凝土桥面；压力场分布；阻挡钢板；超压预测
Studyofpressuredistributionforconcretebridgessubjectedtoabove-deckvehicle-bombedblastloads
ZENGZhen，LIYue-guang，HUZhi-jian
（TransportationSchool，WuhanUniversityoftechnology，Wuhan，430063）
Abstract：Anumericalsimulationmodelofvehicle-mountedexplosioninconcretedeckisestablishedtoanalyzeoverpressuredistributionandtocarryoutparametricstudy，includingchargeamount，chargedetonationandresistantsteelplate.SpatiotemporalasynchronyofshockissolvedbyextractingtheoverpressuredataofthemeasuredpointsonstructuralsurfacewithPOD（ProperOrthogonalDecomposition）method.Theanalyticalresultsshowthatthesteelplateofvehiclebodycouldeffectivelypreventtheshockwavespreadandchangepressuredistributionbydecreasingitspeakvaluewhentheminimumdimensionoftheplateisthreetimeslargerthanthesizeofexplosion.Duetoaround-flow-effectofshockwavearoundthesteelplateofvehiclebody，thepressureatacertaindistancefarfromthepreventingplatemaybehigherthanthatwithoutplate.Thiseffectwillbemoreobviouswiththeincreaseoflengthtowidthratioofthepreventingplate.Furthermore，predictionformulaforpressureundervehicle-mountedblastonconcretedeckisputforwardbasedonempiricalformulasandnumericalsimulationresults.
Keywords：vehicle-bombedblastloading；concretedeck；pressuredistribution；preventingsteelplate；pressureprediction
近年来由于车载爆炸事故不断增多，一旦发生意外爆炸，会导致桥梁发生破坏甚至倒塌，造成严重的经济损失和社会影响。如连霍高速义昌大桥等[1]。因此，开展桥面爆炸压力场分布规律研究，确定爆炸冲击波对桥面作用范围及破坏程度，对抗爆防护具有重要的现实意义。
目前国内外学者已逐步开展爆炸压力场的研究，但相关研究大多数涉及建筑爆炸和大空间结构室内爆炸，对于桥面爆炸压力场分布方向的研究不多。如都浩[2]模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用，研究了邻近建筑物的几何参数对目标建筑物爆炸压力场的影响；申祖武[3]针对有障碍物阻挡时空气波的环流效应进行数值模拟，分析了空气冲击波的环流规律；高轩能[4]研究了大空间结构室内爆炸作用下冲击波压力场分布规律并提出了相应的防爆和泄爆措施；Williamson[5]等提出下方爆炸时桥下空间会产生马赫反射。上述研究没有考虑车载爆炸物在桥面爆炸时的爆炸荷载分布规律，特别是没有考虑车厢钢板等对桥面压力场的消能影响，研究成果难以直接应用于桥面结构的抗爆设计，因此对车载爆炸下桥面压力场问题还需进一步探索。
本文拟基于爆炸基本理论，采用数值仿真方法，针对车载爆炸下桥面压力场进行参数化分析。主要研究了炸药量、起爆位置、车体钢板对桥面压力场分布的影响，并在经验公式的基础上，提出考虑车体钢板阻挡情况下的超压峰值公式。
1爆炸冲击波及环流作用
爆炸开始发生时，炸药能量在极短的时间内转化为高温高压的气态爆轰产物，爆轰产物的能量绝大部分都转化至冲击波中，并不断向外扩散膨胀。国内外学者通过大量试验和理论研究，提出了自由空气域TNT爆炸冲击波超压峰值的预测公式，
如炸药在刚性地面（混凝土、钢板等）上爆炸时的Baker公式[6]：
图12为考虑钢板作用预测公式与不同尺寸钢板仿真值对比图，可以看到预测公式值较模拟值偏保守。对比本文预测值及Baker公式计算值，当比例距离小于0.78m/kg1/3时，阻挡钢板极大地减小了爆炸波的冲击作用，炸药正下方桥面测点（图3（c）点O）的冲击波由11.56MPa降到0.86MPa；从图12仿真值及预测值可以得出，比例距离在0.78m/kg1/3≤Z≤1..56m/kg1/3这个区间时，考虑阻挡钢板作用，桥面板上超压值比经验公式计算值有所提高，车载爆炸下应着重考虑桥面在此范围内受到的冲击作用。
4结论
本文开展了车载爆炸荷载作用下桥面压力场的分布研究，通过桥面测点的冲击波超压POD分解，解决了爆炸荷载时空差异性的问题，并研究了炸药量、起爆位置和阻挡钢板布置方式等参数化的影响规律，最终形成以下结论：
（1）桥面车载爆炸物爆炸时车体钢板具有明显的消峰作用和延时作用，自由空气域的超压预测经验公式已不适用。
（2）当钢板尺寸小于炸药尺寸时，钢板无明显的消峰阻挡作用，当钢板最小尺寸大于炸药尺寸3倍以上时，钢板的消峰作用才能完全体现，且钢板长宽比越大，桥面压力场高压区积聚现象越明显。
（3）结合经验公式和数值模拟结果，本文提出了车载爆炸条件下桥面超压峰值预测公式。
参考文献：
[1]胡志坚，胡钊芳.桥梁结构爆炸荷载特性研究[C].中国土木工程学会桥梁结构分会.第十九届全国桥梁学术会议论文集.北京：人民交通出版社，2010：771-776.
HuZhi-jian，HuZhao-fang.StudyofBlastLoadingCharacteristicsforBridgeStrucures[C].Proceedingof19thnationalbridgesymposium，Beijing：People’sCommunicationPress，2010：771-776.（inChinese）
[2]胡志坚，唐杏红，方建桥.近场爆炸时混凝土桥梁压力场与
响应分析[J].中国公路学报，2014，29（05）：141-147+157.
HuZhi-jian，TangXing-hong，FangJian-qiao.Analysisofpressurefieldandresponseforconcretebridgesundercloseblastloading[J].ChinaJournalofHighwayandTransport，2014，29（05）：141-147+157.（inChinese）
[3]孔新立，金丰年，蒋美蓉，恐怖爆炸袭击方式及规模分
析，爆破，2007，24（3）：88~92
[4]都浩，杜荣强.爆炸压强在建筑物表面分布的数值模拟[J].
山西建筑，2011，11：32-34.
DuHao，DuRong-qiang.Numericalsimulationofblastpressuredistributiononthebuildingsurface[J].ShanXiArichitecture，2011，11：32-34.（inChinese）
[5]申祖武，张耀辉，谢伟平，王天运.爆炸冲击波的环流效应
数值模拟研究[J].武汉理工大学学报，2006，02：42-44.
ShenZuwu，ZhangYaohui，XieWeiping，WangTianyun.Numericalsimulationofblastshockwavesaround-floweffect[J].JournalofWuhanUniversityofTechnology，2006，28（2）：42-44.（inChinese）
[6]高轩能，刘颖，王书鹏.基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析[J].振动与冲击，2011，09：70-75.
GaoXuan-neng，LiuYing，WangShu-peng.Analysisofexplosiveshockwavepressuredistributiononlarge-spacecylindricalreticulatedshellbasedonLS-DYNA[J].JournalofVibrationandShock，2011，09：70-75.（inChinese）
[7]WilliamsonE.B.，BayrakO.，DavisC.etal.PerformanceofBridge