黃平明+馮劍平+王蒂+朱鄭

建筑科學(xué)與工程學(xué)報2014年文章編號：16732049(2014)01005607

收稿日期：20131022

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51278064）；云南省交通運(yùn)輸廳科技教育項(xiàng)目（云交科教［2011］355號）；

云南省交通運(yùn)輸廳科技計劃項(xiàng)目（云交科［2011］17a）

作者簡介：黃平明（1965），男，湖北當(dāng)陽人，教授，博士研究生導(dǎo)師，工學(xué)博士，

摘要：為了實(shí)現(xiàn)對鋼筋混凝土簡支板梁橋爆破拆除過程的有限元數(shù)值模擬，采用動力分析軟件ANSYS/LSDYNA建立了分離式共節(jié)點(diǎn)模型；對比分析了在板梁兩側(cè)切口與跨中切口采用微差爆破與不采用微差爆破2種方案下的爆破效果，并對2塊板梁上、下緣混凝土的受力過程進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：分離式共節(jié)點(diǎn)模型可以體現(xiàn)出鋼筋和混凝土的力學(xué)性能差異；采用微差爆破可以減小爆堆范圍，使得更多的鋼筋和混凝土單元失效被刪除。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；爆破拆除；數(shù)值模擬；分離式共節(jié)點(diǎn)模型；鋼筋混凝土簡支板梁橋；微差爆破

中圖分類號：TU746.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Numerical Simulation of Blasting Demolition for RC Bridges of

Simplysupported Plate GirderHUANG Pingming1, FENG Jianping1, WANG Di1, ZHU Zheng2

（1. School of Highway, Changan University, Xian 710064, Shaanxi, China; 2. Zaozhuang Maintenance

Department, BeijingTaibei Branch of Shandong Hispeed Company Limited,

Jinan 250014, Shandong, China）Abstract: In order to realize the numerical simulation of blasting demolition for reinforced concrete (RC) bridges of simplysupported plate girder, the separate model of common nodes was established using the dynamic analysis software ANSYS/LSDYNA. The blasting effectiveness between using millisecond blasting and without using millisecond blasting at the cuts which was on both sides and the plate girder at midspan were comparatively analyzed， then the loading processes of the concrete both on the upper and lower edge were studied. The results show that the separate model of common nodes can reflect the differences of the mechanical property between the steel and concrete; the scope of the blasting heap can be decreased and more steel and concrete elements can be invalid by using the scheme of millisecond blasting.

Key words: bridge engineering; blasting demolition; numerical simulation; separate model of common node; RC bridge of simplysupported plate girder; millisecond blasting

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和橋梁保有量的增加，越來越多的橋梁的通行能力已經(jīng)不能滿足車流量的增加，許多橋梁由于各種原因需要拆除或重建，爆破拆除是拆除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要方法之一，因其快捷、高效的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。在以往的爆破拆除中，人們多是通過經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行建（構(gòu)）筑物的爆破拆除設(shè)計，這樣不能全面地反映爆破拆除的力學(xué)性能。利用計算機(jī)模擬技術(shù)則可以對建（構(gòu)）筑物的爆破拆除過程進(jìn)行數(shù)值模擬，優(yōu)化爆破設(shè)計方案，預(yù)演爆破拆除過程［13］。本文中筆者嘗試采用分離式共節(jié)點(diǎn)鋼筋混凝土模型對鋼筋混凝土簡支板梁橋上部結(jié)構(gòu)的爆破拆除過程進(jìn)行數(shù)值模擬，為數(shù)值模擬技術(shù)在鋼筋混凝土橋梁爆破拆除中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1數(shù)值計算方法

在ANSYS/LSDYNA中，采用的是一種顯式方法——改進(jìn)的中心差分時間積分法［46］。在t時刻的加速度定義為

at=M-1Fextt-Fintt（1）

式中：at為加速度矢量；Fextt為施加的外部力矢量；Fintt為內(nèi)部力矢量；M為總體質(zhì)量矩陣。

定義Fint=(∫ΩBTσndΩ+Fhg)=Fcontact，其中，B為應(yīng)變位移矩陣，F(xiàn)hg為沙漏阻力，F(xiàn)contact為接觸力，σn為單元應(yīng)力，Ω為單元體積。

速度V和位移u計算式為

Vt+Δt/2=Vt-Δt/2+atΔtt

ut+Δt=ut+Vt+Δt/2Δtt+Δt/2

Δtt+Δt/2=5(Δtt+Δtt+Δt)（2）

式中：Δt為時間增量。

式（1），（2）不需要對剛度矩陣進(jìn)行分解，內(nèi)部矢量包含所有的非線性問題，不需要對其進(jìn)行收斂檢查。該方法在處理接觸碰撞、爆炸等大變形、大位移問題中具有優(yōu)勢。2有限元模擬

2.1材料的選擇

本模型采用的是ANSYS/LSDYNA中提供的*MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型［79］。該材料模型是與應(yīng)變率有關(guān)的塑性隨動強(qiáng)化模型，具有失效應(yīng)變，是一種各向同性、隨動強(qiáng)化或各向同性與隨動強(qiáng)化的混合模型。在沖擊或爆炸荷載作用下，結(jié)構(gòu)材料會產(chǎn)生快速變形，應(yīng)變率也會明顯提高。應(yīng)變率采用CowperSymonds模型來考慮，采用與應(yīng)變率有關(guān)的因數(shù)來表示屈服應(yīng)力σy，即

σy=［1+(εC)1P］(σ0+βEpεpeff)（3）

式中：ε為應(yīng)變率；C，P均為CowperSymonds應(yīng)變率參數(shù)；［1+(εC)1P］為材料放大因子；σ0為初始屈服應(yīng)力；β為可調(diào)強(qiáng)化參數(shù)，β=0為塑性隨動強(qiáng)化模型，β=1為等向強(qiáng)化模型；Ep為塑性強(qiáng)化模量，Ep=EtanEE-Etan，E，Etan分別為彈性模量和切線模量；εpeff為等效塑性應(yīng)變，εpeff=∫t0(23εpijεpij)1/2dt，εpij為塑性應(yīng)變率，εpij=εij-εeij ，εij為總應(yīng)變率，εeij為彈性應(yīng)變率。

模型中鋼筋和混凝土材料均為塑性隨動硬化材料，鋼筋和混凝土材料的力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。

endprint

表1材料的力學(xué)性能參數(shù)

Tab.1Mechanical Behavior Parameters of Materials材料類型密度/

（kg·m-3）彈性模

量/GPa泊松比抗拉強(qiáng)

度/MPa抗壓強(qiáng)

度/MPa鋼筋7 8002000.270 0280280混凝土3 200300.166 76202.2模型的建立

2.2.1基本假設(shè)

（1）采用分離式共節(jié)點(diǎn)模型模擬結(jié)構(gòu)的倒塌過程，并且不考慮鋼筋和混凝土材料之間的粘結(jié)和滑移［1012］。

（2）不考慮爆破切口破壞形成的過程和炸藥爆炸對整體結(jié)構(gòu)的作用，采用直接刪除爆破切口內(nèi)混凝土單元的方法來模擬爆破切口的形成。

（3）爆破切口是平滑的。

（4）不考慮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)倒塌過程中與地面的相互作用。

2.2.2模型概況

該模型為單跨鋼筋混凝土簡支板梁橋，跨徑為10 m，橋面寬度為9 m。對于該橋梁結(jié)構(gòu)，采用有限元軟件ANSYS/LSDYAN建立分離式共節(jié)點(diǎn)鋼筋混凝土有限元模型，在LSDYAN環(huán)境下求解，在LSPREPOST中進(jìn)行后處理分析。鋼筋采用Beam161單元，混凝土采用Solid164單元。

Beam161單元用3個節(jié)點(diǎn)定義，即節(jié)點(diǎn)I，J均確定梁的軸向，節(jié)點(diǎn)K確定橫截面的主軸方位。

Solid164單元是三維實(shí)體單元，具有8個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)有9個自由度，只有位移是具有實(shí)際意義上的物理自由度。

由于板梁為空心板結(jié)構(gòu)，采用掃掠生成體網(wǎng)格的方式對板梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分尺寸為0.1 m，有限元模型如圖1所示。

圖1有限元模型

Fig.1Finite Element Model由于板梁在下落的過程中既包含與橋臺的接觸，又包含與地面的接觸，接觸關(guān)系比較復(fù)雜，采用LSDYNA提供的AUTO_SINGLE_SURFACE的接觸方式來模擬，該接觸方式可以自動搜索接觸面、判斷接觸面并可以處理侵蝕、斷裂等復(fù)雜的邊界變化情況，材料的摩擦因數(shù)設(shè)定為0.6。該接觸方式自動確定殼單元接觸表面方向，自動檢查殼單元的每一面，通常限制搜索深度。

2.3爆破模擬方案

鋼筋和混凝土材料的破壞準(zhǔn)則非常復(fù)雜，涉及到材料的本構(gòu)關(guān)系和各種失效準(zhǔn)則等因素，本文中鋼筋和混凝土材料的失效均由應(yīng)變控制，其失效應(yīng)變分別為5.0%，0.48%。在有限元數(shù)值模擬中，材料的失效是靠刪除單元來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)微差爆破和重力作用的原理，利用關(guān)鍵字*MAT_ADD_EROSION來刪除混凝土單元網(wǎng)格并形成爆破切口。板梁在重力作用下發(fā)生失穩(wěn)、破壞、倒塌落地，通過關(guān)鍵字*LOAD_BODY_Y（Y方向）來實(shí)現(xiàn)。

本文中擬對鋼筋混凝土簡支板梁進(jìn)行微差爆破拆除，保留兩側(cè)橋臺，采用2種方案進(jìn)行數(shù)值模擬。方案1：爆破拆除板梁兩側(cè)各1.0 m及跨中1.0 m的板梁結(jié)構(gòu)，采取從板梁一側(cè)到板梁另一側(cè)微差0.5 s的爆破方案，切口形成的時間分別為0.5，1.0，1.5 s。方案2：爆破拆除板梁兩側(cè)各1.0 m及跨中1.0 m的板梁結(jié)構(gòu)，采取板梁兩側(cè)切口同時形成并與中間切口微差0.5 s的爆破方案，切口形成時間分別為0.5，1.0 s。3數(shù)值結(jié)果分析

3.1倒塌過程模擬結(jié)果比較

3.1.1方案1數(shù)值模擬效果

方案1的爆破拆除倒塌效果如圖2所示?？缰星锌趦蓚?cè)第1個切口、第2個切口附近板梁單元的z方向位移時間曲線分別如圖3(a)，(b)所示。

從圖2，3可以看出：

（1）當(dāng)t=0.6 s時，第1個爆破切口剛形成之后。

（2）當(dāng)t=1.1 s時，跨中爆破切口剛形成之后。

（3）當(dāng)t=1.6 s時，第2個爆破切口形成，第1個切口處的鋼筋由于與橋臺強(qiáng)烈的摩擦，出現(xiàn)了混凝土和鋼筋單元失效破碎被刪除的情況，跨中切口處的鋼筋也開始出現(xiàn)變形，并拉扯著第2切口處的板梁下落。

（4）當(dāng)t=3.9 s時，兩側(cè)切口處的鋼筋都在與橋臺的摩擦作用中失效被刪除，第1個切口處板梁的下落速度明顯快于第2個切口處的板梁，跨中切口處的鋼筋在兩側(cè)混凝土板梁的拉扯作用下緩慢變形，并拉著2塊板梁互相靠攏。

（5）當(dāng)t=5.2 s時，第1個切口處的鋼筋開始著地，第2個切口處的鋼筋仍在與橋臺接觸摩擦，大量鋼筋失效被刪除。

（6）當(dāng)t=6.0 s時，第1個切口處的板梁落地，先落地的板梁通過跨中裸露出來的鋼筋拉扯著第2個切口處的板梁下落，同時第1塊板梁向跨中靠攏的速度加快［圖3（a）］。

（7）當(dāng)t=7.0 s時，第2個切口處的板梁落地，在跨中裸露鋼筋的拉力作用下，第1塊板梁靠近橋臺的一邊翹起，并逐漸靠近第2塊板梁，第2塊板梁同樣在裸露鋼筋的作用下，出現(xiàn)了遠(yuǎn)離第1塊板梁的趨勢［圖3(b)］，但是速度不及第1塊板梁大。

（8）當(dāng)t=9.0 s時，2塊板梁基本靠攏，跨中裸露鋼筋嚴(yán)重失效。

（9）當(dāng)t=10.0 s時，2塊板梁落地靠攏完畢，兩者移動的位移之和基本上等于跨中切口長度1.0 m（圖3）。

3.1.2方案2數(shù)值模擬效果

方案2的爆破拆除倒塌效果如圖4所示?？缰星锌趦蓚?cè)第1個切口、第2個切口附近板梁單元的z方向位移時間曲線分別如圖5(a)，（b）所示。

從圖4，5可以看出：

（1）當(dāng)t=0.6 s時，板梁兩側(cè)的爆破切口剛形成之后。

（2）當(dāng)t=1.1 s時，跨中爆破切口剛形成之后。

（3）當(dāng)t=1.6 s時，兩側(cè)切口處的鋼筋開始與橋臺產(chǎn)生摩擦作用，出現(xiàn)了鋼筋和混凝土單元失效破碎被刪除的情況，跨中切口處鋼筋也開始出現(xiàn)變形。

（4）當(dāng)t=3.9 s時，伴隨著板梁的不斷下落，兩圖2方案1的爆破拆除倒塌效果（單位：Pa）

Fig.2Collapse Effects of Blasting Demolition in Scheme One (Unit:Pa)圖3方案1跨中切口兩側(cè)板梁的z方向位移時間曲線

Fig.3z Direction Displacementtime Curves of Plate

Girder at Both Sides Across Midspan

Incision in Scheme One側(cè)切口處的鋼筋都在與橋臺的強(qiáng)烈摩擦中失效被刪除，跨中切口處的裸露鋼筋繼續(xù)變形。

（5）當(dāng)t=5.2 s時，在重力作用下，板梁繼續(xù)下落，兩側(cè)切口處的鋼筋仍在與橋臺接觸摩擦，大量鋼筋失效被刪除，跨中切口處的裸露鋼筋繼續(xù)嚴(yán)重變形，兩側(cè)板梁有向中間靠攏的趨勢。

（6）當(dāng)t=6.0 s時，兩側(cè)切口處的鋼筋繼續(xù)與橋臺接觸摩擦、失效被刪除，兩側(cè)橋臺的混凝土出現(xiàn)了破損情況。

（7）當(dāng)t=7.0 s時，兩側(cè)切口處的鋼筋開始著地，板梁繼續(xù)下落至落地，并在跨中裸露鋼筋的拉扯作用下，跨中兩側(cè)的板梁開始向中間靠攏（圖5）。

（8）當(dāng)t=9.0 s時，板梁完全落地，跨中兩側(cè)的板梁繼續(xù)向中間靠攏。

（9）當(dāng)t=10.0 s時，2塊板梁落地靠攏完畢，兩者移動的位移之和約為0.43 m，沒有達(dá)到方案1中的跨中切口長度1.0 m（圖5）。

3.2板梁混凝土應(yīng)力

參照方案1，橋面板梁的切口位置見圖6。方案1，2的混凝土應(yīng)力時間曲線見圖7，8。圖7（a）和圖8(a)取自第1個切口處板梁的上緣，圖7（b）和圖8(b)取自第1個切口處板梁的下緣，圖7（c）和圖8(c)取自第2個切口處板梁的上緣，圖7（d）和圖圖4方案2的爆破拆除倒塌效果（單位：Pa）

Fig.4Collapse Effects of Blasting Demolition in Scheme Two (Unit:Pa)圖5方案2跨中切口兩側(cè)板梁的z方向位移時間曲線

endprint

Fig.5z Direction Displacementtime Curves of Plate

Girder at Both Sides Across Midspan

Incision in Scheme Two圖6橋面板梁的切口位置

Fig.6Location of Cut at Deck Plate Girder圖7方案1混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.7Stresstime Curves of Concrete in Scheme One圖8方案2混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.8Stresstime Curves of Concrete in Scheme Two8（d）取自第2個切口處板梁的下緣。

從圖7(a)可以看出：在跨中切口形成的瞬間（t=1.0 s），由于受到裸露鋼筋的拉扯作用，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力作用；之后混凝土受壓直到第1塊板梁落地（t=6.0 s），跨中裸露鋼筋的猛然拉扯使得混凝土受到1個拉應(yīng)力極值；最后在重力與裸露鋼筋的拉扯作用下，混凝土受壓直到整個板梁完全落地。從圖8(a)可以看出：第1個爆破切口形成后（t=0.5 s），混凝土一直受壓；當(dāng)t=4.9 s時，由于跨中裸露鋼筋的嚴(yán)重變形，鋼筋的猛然拉扯作用使得混凝土開始受拉；之后混凝土處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)，當(dāng)t=6.2 s時達(dá)到了拉應(yīng)力極值；當(dāng)t=7.2 s時，板梁落地，混凝土不再受任何作用力。

從圖7(b)可以看出：跨中切口形成后（t>1.0 s），下緣混凝土受跨中裸露鋼筋的拉扯作用要比上緣大，直到板梁落地（t=6.0 s）之前，混凝土幾乎都是受到拉應(yīng)力作用，至板梁落地時達(dá)到了一個拉應(yīng)力極值；板梁落地時混凝土達(dá)到了一個壓應(yīng)力極值，之后混凝土不再受任何作用力。從圖8(b)可以看出：在t=2.0 s之前，下緣混凝土幾乎不受作用力；當(dāng)2.0 s

從圖7(c)可以看出：在跨中切口形成以后（t>1.0 s），上緣混凝土受拉；直到t=5.0 s時，第1塊板梁切口處的鋼筋落地，通過跨中裸露鋼筋的作用，混凝土受到一個壓應(yīng)力極值，而后又受拉；直到第2塊板梁落地（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值，后又緩慢減小，直到整個板梁完全落地。從圖8(c)可知：在t=5.5 s之前，上緣混凝土一直受壓；當(dāng)t=5.5 s時，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力，隨后處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；直到t=7.2 s時，板梁開始落地，混凝土受到一個拉應(yīng)力極值；之后拉應(yīng)力減小，混凝土受壓直到板梁完全落地。

從圖7(d)可以看出：下緣混凝土受到微小的壓應(yīng)力作用；第1塊板梁落地時（t=6.3 s），壓應(yīng)力有稍許增加；第2塊板梁落地時（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值(6.5 MPa)，此時混凝土達(dá)到了抗拉失效強(qiáng)度，之后不再受力，直到板梁完全落地。從圖8(d)可以看出：在板梁落地之前（t<7.2 s），下緣混凝土處于幅度變化比較小的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；板梁落地以后（t>7.2 s），混凝土又處于幅度變化比較大的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；到板梁完全落地之前的近2 s，混凝土受到較小的拉應(yīng)力作用。4結(jié)語

（1）基于動力分析軟件ANSYS/LSDYNA，采用分離式共節(jié)點(diǎn)的鋼筋混凝土模型可以模擬板梁結(jié)構(gòu)從下落到完全落地的過程，從而實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)爆破拆除塌落過程的連續(xù)仿真模擬。雖然沒有結(jié)合工程實(shí)際或試驗(yàn)，但可以為今后類似橋梁的爆破拆除數(shù)值模擬提供借鑒。

（2）通過對比板梁兩側(cè)微差起爆和同時起爆可以得出：微差爆破使得跨中切口兩側(cè)的板梁在落地后完全靠攏，節(jié)省了場地；微差爆破使得2塊板梁的下緣混凝土在其落地后不再參與受力；微差爆破使得更多的鋼筋和混凝土單元由于下落速度的反復(fù)變化失效被刪除。

（3）通過對鋼筋和混凝土的應(yīng)力隨時間不斷變化的分析可以得出，利用分離式共節(jié)點(diǎn)模型能夠較好地體現(xiàn)出這2種不同材料在力學(xué)性能上的差異。參考文獻(xiàn)：

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Fig.5z Direction Displacementtime Curves of Plate

Girder at Both Sides Across Midspan

Incision in Scheme Two圖6橋面板梁的切口位置

Fig.6Location of Cut at Deck Plate Girder圖7方案1混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.7Stresstime Curves of Concrete in Scheme One圖8方案2混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.8Stresstime Curves of Concrete in Scheme Two8（d）取自第2個切口處板梁的下緣。

從圖7(a)可以看出：在跨中切口形成的瞬間（t=1.0 s），由于受到裸露鋼筋的拉扯作用，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力作用；之后混凝土受壓直到第1塊板梁落地（t=6.0 s），跨中裸露鋼筋的猛然拉扯使得混凝土受到1個拉應(yīng)力極值；最后在重力與裸露鋼筋的拉扯作用下，混凝土受壓直到整個板梁完全落地。從圖8(a)可以看出：第1個爆破切口形成后（t=0.5 s），混凝土一直受壓；當(dāng)t=4.9 s時，由于跨中裸露鋼筋的嚴(yán)重變形，鋼筋的猛然拉扯作用使得混凝土開始受拉；之后混凝土處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)，當(dāng)t=6.2 s時達(dá)到了拉應(yīng)力極值；當(dāng)t=7.2 s時，板梁落地，混凝土不再受任何作用力。

從圖7(b)可以看出：跨中切口形成后（t>1.0 s），下緣混凝土受跨中裸露鋼筋的拉扯作用要比上緣大，直到板梁落地（t=6.0 s）之前，混凝土幾乎都是受到拉應(yīng)力作用，至板梁落地時達(dá)到了一個拉應(yīng)力極值；板梁落地時混凝土達(dá)到了一個壓應(yīng)力極值，之后混凝土不再受任何作用力。從圖8(b)可以看出：在t=2.0 s之前，下緣混凝土幾乎不受作用力；當(dāng)2.0 s

從圖7(c)可以看出：在跨中切口形成以后（t>1.0 s），上緣混凝土受拉；直到t=5.0 s時，第1塊板梁切口處的鋼筋落地，通過跨中裸露鋼筋的作用，混凝土受到一個壓應(yīng)力極值，而后又受拉；直到第2塊板梁落地（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值，后又緩慢減小，直到整個板梁完全落地。從圖8(c)可知：在t=5.5 s之前，上緣混凝土一直受壓；當(dāng)t=5.5 s時，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力，隨后處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；直到t=7.2 s時，板梁開始落地，混凝土受到一個拉應(yīng)力極值；之后拉應(yīng)力減小，混凝土受壓直到板梁完全落地。

從圖7(d)可以看出：下緣混凝土受到微小的壓應(yīng)力作用；第1塊板梁落地時（t=6.3 s），壓應(yīng)力有稍許增加；第2塊板梁落地時（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值(6.5 MPa)，此時混凝土達(dá)到了抗拉失效強(qiáng)度，之后不再受力，直到板梁完全落地。從圖8(d)可以看出：在板梁落地之前（t<7.2 s），下緣混凝土處于幅度變化比較小的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；板梁落地以后（t>7.2 s），混凝土又處于幅度變化比較大的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；到板梁完全落地之前的近2 s，混凝土受到較小的拉應(yīng)力作用。4結(jié)語

（1）基于動力分析軟件ANSYS/LSDYNA，采用分離式共節(jié)點(diǎn)的鋼筋混凝土模型可以模擬板梁結(jié)構(gòu)從下落到完全落地的過程，從而實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)爆破拆除塌落過程的連續(xù)仿真模擬。雖然沒有結(jié)合工程實(shí)際或試驗(yàn)，但可以為今后類似橋梁的爆破拆除數(shù)值模擬提供借鑒。

（2）通過對比板梁兩側(cè)微差起爆和同時起爆可以得出：微差爆破使得跨中切口兩側(cè)的板梁在落地后完全靠攏，節(jié)省了場地；微差爆破使得2塊板梁的下緣混凝土在其落地后不再參與受力；微差爆破使得更多的鋼筋和混凝土單元由于下落速度的反復(fù)變化失效被刪除。

（3）通過對鋼筋和混凝土的應(yīng)力隨時間不斷變化的分析可以得出，利用分離式共節(jié)點(diǎn)模型能夠較好地體現(xiàn)出這2種不同材料在力學(xué)性能上的差異。參考文獻(xiàn)：

References:［1］胡文軍，盧艷華.鋼結(jié)構(gòu)建筑爆破拆除計算機(jī)模擬初步研究［J］.工程爆破，2002，8(4)：1115,10.

HU Wenjun,LU Yanhua.Preliminary Study on Computer Simulation of Blasting Demolition of Steel Construction［J］.Engineering Blasting,2002,8(4):1115,10.

［2］余業(yè)清，鐘冬望，汪洋.數(shù)值模擬在爆破拆除中的應(yīng)用［J］.爆破，2006，23(2)：2225.

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［3］賈金河，于亞倫.建筑物拆除爆破數(shù)值模擬方法的研究［J］.工程爆破，1999，5(1)：4751.

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［4］謝春明，楊軍，薛里.高聳筒形結(jié)構(gòu)爆破拆除的數(shù)值模擬［J］.爆炸與沖擊，2012，32(1)：7378.

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［5］宋天培，謝春明，楊軍.公路雙曲拱橋結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬［J］.爆破，2012，29(4)：9094.

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［6］Livermore Software Technology Corporation.LSDYNA Users Manual:Version 970［M］.Livermore:Livermore Software Technology,2003.

［7］石少卿，康建功，汪敏,等.ANSYS/LSDYNA在爆炸與沖擊領(lǐng)域內(nèi)的工程應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

SHI Shaoqing,KANG Jiangong,WANG Min,et al.The Engineering Application of ANSYS/LSDYNA in the Filed of Explosion and Impact［M］.Beijing:China Architecture & Building Press，2011.

［8］楊軍，楊國梁，張光雄.建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

YANG Jun,YANG Guoliang,ZHANG Guangxiong.Numerical Simulation of Blasting Demolition for Architectural Structure［M］.Beijing：Science Press,2012.

［9］言志信，于換小，朱輝.框架結(jié)構(gòu)爆破拆除過程研究［J］.爆破，2012，29(4)：1922,27.

YAN Zhixin，YU Huanxiao，ZHU Hui.Research on Explosive Demolition Process of Frame Structure［J］.Blasting,2012,29(4):1922,27.

［10］池恩安.公路橋梁組合拆除爆破及數(shù)值模擬［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2011.

CHI Enan.Numerical Simulation and Application of Highway Bridge Demolition Blasting［J］.Wuhan:Wuhan University of Technology,2011.

［11］楊國梁.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2009.

YANG Guoliang.Numerical Simulation on Reinforced Concrete Structure Blasting Demolition［D］.Beijing:Beijing University of Technology,2009.

［12］楊忠華.鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2010.

YANG Zhonghua.Numerical Simulation on Blasting Demolition of Bridge Construction of Reinforced Concrete Structure［D］.Beijing:Beijing University of Technology,2012.

Fig.5z Direction Displacementtime Curves of Plate

Girder at Both Sides Across Midspan

Incision in Scheme Two圖6橋面板梁的切口位置

Fig.6Location of Cut at Deck Plate Girder圖7方案1混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.7Stresstime Curves of Concrete in Scheme One圖8方案2混凝土的應(yīng)力時間曲線

Fig.8Stresstime Curves of Concrete in Scheme Two8（d）取自第2個切口處板梁的下緣。

從圖7(a)可以看出：在跨中切口形成的瞬間（t=1.0 s），由于受到裸露鋼筋的拉扯作用，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力作用；之后混凝土受壓直到第1塊板梁落地（t=6.0 s），跨中裸露鋼筋的猛然拉扯使得混凝土受到1個拉應(yīng)力極值；最后在重力與裸露鋼筋的拉扯作用下，混凝土受壓直到整個板梁完全落地。從圖8(a)可以看出：第1個爆破切口形成后（t=0.5 s），混凝土一直受壓；當(dāng)t=4.9 s時，由于跨中裸露鋼筋的嚴(yán)重變形，鋼筋的猛然拉扯作用使得混凝土開始受拉；之后混凝土處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)，當(dāng)t=6.2 s時達(dá)到了拉應(yīng)力極值；當(dāng)t=7.2 s時，板梁落地，混凝土不再受任何作用力。

從圖7(b)可以看出：跨中切口形成后（t>1.0 s），下緣混凝土受跨中裸露鋼筋的拉扯作用要比上緣大，直到板梁落地（t=6.0 s）之前，混凝土幾乎都是受到拉應(yīng)力作用，至板梁落地時達(dá)到了一個拉應(yīng)力極值；板梁落地時混凝土達(dá)到了一個壓應(yīng)力極值，之后混凝土不再受任何作用力。從圖8(b)可以看出：在t=2.0 s之前，下緣混凝土幾乎不受作用力；當(dāng)2.0 s

從圖7(c)可以看出：在跨中切口形成以后（t>1.0 s），上緣混凝土受拉；直到t=5.0 s時，第1塊板梁切口處的鋼筋落地，通過跨中裸露鋼筋的作用，混凝土受到一個壓應(yīng)力極值，而后又受拉；直到第2塊板梁落地（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值，后又緩慢減小，直到整個板梁完全落地。從圖8(c)可知：在t=5.5 s之前，上緣混凝土一直受壓；當(dāng)t=5.5 s時，混凝土受到輕微的拉應(yīng)力，隨后處于不斷變化的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；直到t=7.2 s時，板梁開始落地，混凝土受到一個拉應(yīng)力極值；之后拉應(yīng)力減小，混凝土受壓直到板梁完全落地。

從圖7(d)可以看出：下緣混凝土受到微小的壓應(yīng)力作用；第1塊板梁落地時（t=6.3 s），壓應(yīng)力有稍許增加；第2塊板梁落地時（t=7.0 s），混凝土受到一個拉應(yīng)力極值(6.5 MPa)，此時混凝土達(dá)到了抗拉失效強(qiáng)度，之后不再受力，直到板梁完全落地。從圖8(d)可以看出：在板梁落地之前（t<7.2 s），下緣混凝土處于幅度變化比較小的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；板梁落地以后（t>7.2 s），混凝土又處于幅度變化比較大的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力交替狀態(tài)；到板梁完全落地之前的近2 s，混凝土受到較小的拉應(yīng)力作用。4結(jié)語

（1）基于動力分析軟件ANSYS/LSDYNA，采用分離式共節(jié)點(diǎn)的鋼筋混凝土模型可以模擬板梁結(jié)構(gòu)從下落到完全落地的過程，從而實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)爆破拆除塌落過程的連續(xù)仿真模擬。雖然沒有結(jié)合工程實(shí)際或試驗(yàn)，但可以為今后類似橋梁的爆破拆除數(shù)值模擬提供借鑒。

（2）通過對比板梁兩側(cè)微差起爆和同時起爆可以得出：微差爆破使得跨中切口兩側(cè)的板梁在落地后完全靠攏，節(jié)省了場地；微差爆破使得2塊板梁的下緣混凝土在其落地后不再參與受力；微差爆破使得更多的鋼筋和混凝土單元由于下落速度的反復(fù)變化失效被刪除。

（3）通過對鋼筋和混凝土的應(yīng)力隨時間不斷變化的分析可以得出，利用分離式共節(jié)點(diǎn)模型能夠較好地體現(xiàn)出這2種不同材料在力學(xué)性能上的差異。參考文獻(xiàn)：

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HU Wenjun,LU Yanhua.Preliminary Study on Computer Simulation of Blasting Demolition of Steel Construction［J］.Engineering Blasting,2002,8(4):1115,10.

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［4］謝春明，楊軍，薛里.高聳筒形結(jié)構(gòu)爆破拆除的數(shù)值模擬［J］.爆炸與沖擊，2012，32(1)：7378.

XIE Chunming,YANG Jun,XUE Li.Numerical SimTowering Tubby Structure Blasting Demolition［J］.Explosion and Shock Waves,2012,32(1):7378.

［5］宋天培，謝春明，楊軍.公路雙曲拱橋結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬［J］.爆破，2012，29(4)：9094.

SONG Tianpei,XIE Chunming,YANG Jun.Numerical Simulation of Explosive Demolition of Highway Double Curved Arch Bridge［J］.Blasting,2012,29(4):9094.

［6］Livermore Software Technology Corporation.LSDYNA Users Manual:Version 970［M］.Livermore:Livermore Software Technology,2003.

［7］石少卿，康建功，汪敏,等.ANSYS/LSDYNA在爆炸與沖擊領(lǐng)域內(nèi)的工程應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

SHI Shaoqing,KANG Jiangong,WANG Min,et al.The Engineering Application of ANSYS/LSDYNA in the Filed of Explosion and Impact［M］.Beijing:China Architecture & Building Press，2011.

［8］楊軍，楊國梁，張光雄.建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

YANG Jun,YANG Guoliang,ZHANG Guangxiong.Numerical Simulation of Blasting Demolition for Architectural Structure［M］.Beijing：Science Press,2012.

［9］言志信，于換小，朱輝.框架結(jié)構(gòu)爆破拆除過程研究［J］.爆破，2012，29(4)：1922,27.

YAN Zhixin，YU Huanxiao，ZHU Hui.Research on Explosive Demolition Process of Frame Structure［J］.Blasting,2012,29(4):1922,27.

［10］池恩安.公路橋梁組合拆除爆破及數(shù)值模擬［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2011.

CHI Enan.Numerical Simulation and Application of Highway Bridge Demolition Blasting［J］.Wuhan:Wuhan University of Technology,2011.

［11］楊國梁.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2009.

YANG Guoliang.Numerical Simulation on Reinforced Concrete Structure Blasting Demolition［D］.Beijing:Beijing University of Technology,2009.

［12］楊忠華.鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)爆破拆除數(shù)值模擬研究［D］.北京：北京理工大學(xué)，2010.

YANG Zhonghua.Numerical Simulation on Blasting Demolition of Bridge Construction of Reinforced Concrete Structure［D］.Beijing:Beijing University of Technology,2012.