冲击及爆炸作用下桥梁响应分析与结构损伤评估研究

Sturctural damages have great influences on the life and safety of the bridge.During the modern war, the long-span bridges are the main attacking target chosed by enemy.The main research objectives of this project are the numerical simulation and analysis of structurl respone of the bridges under high-speed impact and explosion load and the establishment of assessment theory and method of the damage places, damage levels and structure durability.the valuable theoretical insight for the design and wartime protection of the long-span bridges can be provided.The main research aspects are:①The constitutive relationship and failure criterion of steel reinforced concrete under complex stress-strain state.②Numerical simulation of impact and explosion loads.③Analysis of dynamic response of the long-span bridges under impactive and explosive loads.④The structural modal analysis of input uncertainties (for example, Environmental Modal Analysis and Operating Modal Analysis).⑤Identification methods and assessment theory of the structural damage based on the dynamic characteristics of structure.This project is an opening explorative research work,which will have many potential applications to the urgent repair schemes of the long-span bridges with minor and moderate damages.The achievements of the project show great scientific significance in the fields of military affairs, economies, etc.

现代战争表明，战时大型桥梁是敌方首选的攻击目标，而桥梁结构受损会直接影响其使用寿命和安全.本课题主要研究战时大型桥梁在高速冲击及爆炸荷载作用下的结构动力响应的数值仿真分析方法，研究结构损伤位置、损伤程度及耐久性的评估理论和方法，为大型桥梁的设计与战时防护提供理论依据并积累前期研究成果。主要研究内容包括：①钢筋混凝土材料在复杂应力状态下的本构关系和破坏准则；②冲击与爆炸荷载数值模拟；③大型桥梁结构在冲击与爆炸荷载作用下的动态响应计算分析方法；④输入不可测的结构模态分析方法（例如EMA和OMA方法）；⑤基于动力特性的结构损伤识别和评估理论研究。本课题为前期探索性研究，对轻微损伤和中等损伤情况下桥梁战时抢修具有重大的工程应用价值,在军事、经济等方面均有十分重要的意义.

现代战争中大型桥梁是敌方首选的攻击目标，而桥梁受损直接影响其使用寿命和安全。本项目从冲击动力学和非线性振动力学出发，针对桥梁在冲击爆炸荷载作用下结构的复杂动力响应以及结构损伤等直接影响桥梁结构安全的问题开展基础性研究，为大型桥梁的设计和战时防护提供理论依据。主要内容包括：①混凝土材料在复杂应力作用下的动态本构关系的实验研究；②混凝土结构的屈曲及冲击破坏机理研究；③冲击爆炸荷载的力学模型及桥梁结构动态响应分析的数值模拟；④基于振动响应的桥梁结构损伤识别技术研究。取得的主要成果是：实验研究了混凝土的应变率效应和损伤软化效应，提出了混凝土的损伤型粘弹性动态本构关系的修正方程，探究混凝土材料的力学性能表征与结构服役性能的相互关系和演变规律；研制了结构冲击动力特性试验和结构动态曲屈试验的试验装置，实验研究混凝土材料和结构产生损伤类型和机理；基于冲击动力学理论，考虑混凝土结构的弹塑性变形，建立了冲击荷载力学模型和冲击荷载作用下桥梁结构的动力响应数学表达式；初次在低速风洞中设计了并完成了气动弹性试验，再现了带立方型非线性弹性支承的二维板结构的结构非线性和几何非线性的极限环颤振现象，获得了壁板模型极限环颤振的风速区间。