張 宇，李國強，陳可鵬，陳艾榮

(1.武警后勤學院建筑工程系,天津 300162;2.同濟大學土木工程學院,上海 200092;3.西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室,陜西 西安 710049;4.浙江大學建筑設計研究院,浙江 杭州 310000;)

橋梁結構抗爆安全評估研究進展

張 宇1，2，3，李國強2，陳可鵬4，陳艾榮2

(1.武警后勤學院建筑工程系,天津 300162;2.同濟大學土木工程學院,上海 200092;3.西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室,陜西 西安 710049;4.浙江大學建筑設計研究院,浙江 杭州 310000;)

隨著恐怖襲擊和偶發(fā)爆炸事故造成的橋梁爆炸事故不斷增多，橋梁結構抗爆安全問題越來越受到關注。本文中系統(tǒng)總結了橋梁結構抗爆安全評估的研究進展，分析橋墩、橋面、橋索和橋塔爆炸載荷作用下橋梁的理論簡化方法和結構的動力響應，和橋梁的連續(xù)性、冗余性和魯棒性對結構連續(xù)性倒塌的影響，通過對建筑和橋梁抗連續(xù)倒塌的研究現(xiàn)狀及相關規(guī)范的歸納，明確了橋梁連續(xù)倒塌的特性及現(xiàn)行橋梁設計方法的缺陷。而后，就承載能力評估、耐久性評估和適用性評估等橋梁安全評估問題的研究進展進行了梳理，并對橋梁爆破拆除技術和近地下爆炸對橋梁產(chǎn)生的響應和破壞作用進行分析，并針對當前研究的現(xiàn)狀，分別提出建議。

爆炸力學；安全評估；結構加固；動力響應；爆炸荷載；橋梁結構

橋梁作為交通線的樞紐，一旦遭受破壞會造成巨大損失，且修復困難[1]。之前關于橋梁安全問題研究主要集中在橋梁自重荷載、車輛沖擊力、船舶的撞擊力和抗震和抗風方面?！?·11事件”后，恐怖襲擊威脅和偶發(fā)爆炸造成的橋梁事故不斷增多，使橋梁結構抗爆安全問題越來越受到關注。橋梁所受的爆炸荷載可以歸結為常規(guī)爆炸荷載、偶然性爆炸荷載(如車輛運營過程中危險物品爆炸)和城市橋梁爆破。關于建筑結構的抗爆，學者們開展了大量研究[2]，并制定了相應的設計規(guī)范[3]。相對于建筑結構，關于橋梁在各種爆炸荷載下的研究較少，主要采用有限元和試驗方法[4]，仍未形成系統(tǒng)的理論體系。同時，各國橋梁規(guī)范[5-12]中甚至軍用規(guī)范中均未單獨考慮爆炸荷載對橋梁的影響，僅把爆炸荷載歸結為偶然荷載一類，設計中也沒有具體的計算規(guī)定。本文中從橋梁受爆的動力響應、橋梁特殊爆炸問題和橋梁的爆炸安全評估3個方面闡述了國內(nèi)外橋梁的抗爆的研究進展，對研究中采用的方法、措施和取得的成果進行總結同時指出研究中存在的不足，并針對研究現(xiàn)狀提出建議，以期對設計人員進行橋梁抗爆設計提供參考，并為橋梁抗爆規(guī)范的編制提供借鑒。

1 橋梁受爆的動力響應

1.1 橋墩受爆結構的響應

1.1.1 橋墩受爆荷載簡化方法

橋墩目標易接近且在結構上起著主要支撐作用，對于爆炸荷載的敏感性最大。爆炸在極短的時間內(nèi)化學能迅速釋放出來，并迅速向外膨脹，在空氣中形成沖擊波，并對外做功。國內(nèi)外對橋墩爆炸進行了大量研究[13-22]，根據(jù)爆炸荷載離橋墩的遠近，荷載可以簡化為不同的分布形式[13]：遠橋墩爆炸條件下的爆炸荷載可以等效為平面波的均布荷載，如圖1(a)所示，而近橋墩爆炸條件下的爆炸荷載一般可以等效為三角形荷載，如圖1(b)所示，荷載數(shù)值可以用等效靜荷載確定。

1.1.2 橋墩附近爆炸下橋梁結構的動力響應

橋墩附近爆炸不僅會引發(fā)橋墩的破壞，還會影響橋梁的整體穩(wěn)定性。A.Islam[14]用常用有限元軟件STAAD.Pro分析了典型的AASHTO梁橋爆炸作用下的響應, 研究者把恐怖襲擊下峰值壓力作為等效靜載對梁橋進行了爆炸作用模擬，但是爆炸荷載的施加用的是等效靜荷載方法，并沒有考慮不同材料和結構運動對于爆炸荷載的作用，不能真實的反映爆炸場景。M.Rutner等[15]用有限元方法對汽車爆炸下橋梁柱的響應進行了研究。 A.K.Agrawal[16]給出了橋梁的動力分析模型。特別需要注意的是，D.G.Winget等[17]在橋墩與橋面較為封閉的條件下爆炸，爆炸荷載會在封閉環(huán)境產(chǎn)生多次反射疊加增強，增強的爆炸荷載將會對橋面產(chǎn)生一個托力，讓橋的面板和橋墩脫離，如圖2所示。另外不同約束條件下，柱的彎矩分布不同，因此對于不同約束條件下的橋梁進行抗爆設計和加固時需采用不同方法。同時，由于橋板的懸鏈線效應[13]，單墩的破壞通常不會引發(fā)整體橋梁的坍塌，多墩破壞才會產(chǎn)生危險。

圖1 橋墩爆炸下荷載確定方法[13]Fig.1 Load determination methods for bridge pier under blast load[13]

圖2 橋板下爆炸示意圖[17]Fig.2 Response of bridge under blast load[17]

1.1.3 不同動力荷載作用下橋墩的破壞模式

橋梁可能遭受的動力荷載主要有爆炸荷載、地震荷載和風荷載[13]，不同動力爆炸荷載和地震荷載有一定的相似性，運用地震荷載的一些結論對分析爆炸問題有一定的借鑒意義。學者對地震作用下橋墩的作用進行了大量的研究[18]，ACI建筑標準[19]和AASHTO LRFD標準[5]給出了建筑和橋梁結構混凝土構件在動力作用下的詳細分析方法；H.Sezen等[20]測試了4個鋼筋混凝土原型在模擬地震荷載作用下的破壞模式。對于爆炸與地震荷載下結構響應的區(qū)別，K.N.Suthar[21]把橋墩在爆炸荷載作用下結構的響應和在地震情況下結構的響應和破壞模式進行了對比，如圖3所示。研究表明：爆炸荷載由于其瞬時會釋放出大量的能量，橋墩在爆炸荷載的作用下會發(fā)生局部的破壞，但是并不會發(fā)生較大的水平位移。而在地震荷載的作用下，橋墩的主要響應為發(fā)生水平位移；E.B.Williamson[13]分別對風荷載、地震荷載和爆炸荷載作用下混凝土柱的受力情況和動力進行了對比分析，如圖4所示。研究表明：風荷載和爆炸荷載作用下，最大彎矩均出現(xiàn)在跨中位置，地震荷載的最大彎矩出現(xiàn)在約束部位。

圖3 橋墩在爆炸與地震作用下破壞模式對比[21]Fig.3 Contrast of pier damage models of pier under blast load and earthquake[21]

圖4 不同動載下橋墩的彎矩圖[13]Fig.4 Diagram of pier bending moment under various dynamic loads[13]

1.1.4 不同截面形狀橋墩受爆破壞

橋墩的主要截面形狀為圓形和方形，文獻[13]中開展了一系列圓形和方形橋墩在爆炸荷載下的抗沖擊試驗，并對損傷情況進行了對比分析。同時，別給出了圓墩和方墩在爆炸荷載作用下的等效靜荷載的簡化模式、動力響應和塑性鉸分布情況，研究表明圓形橋墩抗爆性能較優(yōu)。另外，M.Bruneau等[22]開展了不同炸藥當量下鋼管混凝土柱式墩排架的比例模型試驗，得到了左右排架橋墩應力應變和位移的分布情況。

1.2 橋面受爆結構的響應

圖5 梁響應階段[28]Fig.5 Beam response stage[28]

1.2.1 橋面受爆的彈塑性分析

爆炸作用下混凝土結構的響應通常用彈性理論[23-24]，鐵木辛柯梁理論[25-26]和等效單自由度理論(SDOF)[27-28]進行分析。窄橋在小當量爆炸時簡單彈塑性分析可以借鑒 J.M.Bigs[29]梁的彈塑性分析模型，如圖5所示。對一維彈性體Bernoulli-Euler簡支梁橋的橫向振動一般可采用模態(tài)疊加法[30-31]其簡支梁的強迫振動微分方程可表示為：

(1)

式中:F(x,t)為爆炸荷載，y(x,t)為爆炸荷載下橋梁的位移。兩跨連續(xù)梁橋的受迫振動方程兩跨連續(xù)梁動力學微分方程為：

(2)

1.2.2 橋面受爆損傷分析

上述方法非常有效地預測了爆炸荷載下結構的動力響應，然而這些方法均未對局部破壞給出有效預測，也沒有相應的破壞準則[38]。而公路砼梁橋破壞的主要模式為沖擊波的沖量引起的局部破壞[39]：當結構具有較好的延性時，炸藥當量較大，橋面板的破壞一般為彎曲破壞；當結構延性較差時，常發(fā)生沖切破壞。沖切破壞發(fā)生突然，屬典型的脆性破壞，且沖切破壞造成沖切椎體外的板結構與支撐柱的脫離，結構抗力急劇下降，可能造成沖切椎體外的板結構發(fā)生嚴重的坍塌破壞。所以在進行橋面爆炸分析的時候，不能忽略剪力的作用。橋梁在橋面爆炸荷載作用下破壞程度的演化過程可采用損傷力學的方法進行量化，F(xiàn).R.Tuler等[40]提出了一種積分型的損傷累積準則。與大多數(shù)基于“離散度量型”的層裂準則不同，其主要進步在于給出了材料動態(tài)損傷累積的連續(xù)度量以及發(fā)生宏觀層裂的下限條件，雖然該損傷準則完全局限于宏觀力學領域，但由于在實際中便于應用，所以在工程上被普遍采用[41]。Tuler-Butcher損傷累積準則的形式如下[42]：

(3)

式中:σth為材料損傷閾值應力，σ(t)為層裂面上拉應力歷史，積分上限tc為拉應力作用下材料發(fā)生層裂所需要的時間，λ、Ψ為材料參數(shù)。當λ=1時，式(3)為沖量準則；當λ=2時，式(3)為能量準則。Ψ是一個具有時間量綱的物理量，可以由材料試驗獲得。Tuler-Butcher 損傷累積層裂準則定義的損傷D：

(4)

式中:損傷因子D的取值范圍為0～1，利用Tuler-Butcher損傷累積準則可以對橋梁進行爆炸荷載作用下的損傷評估的理論依據(jù)。

學者們對橋面爆炸下的損傷進行了大量研究。伍建強[43]對大跨連續(xù)剛構橋抗導彈沖擊能力分析及搶修技術初步研究。鄧榮兵等[44]應用非線性動力有限元方法對爆炸沖擊波作用下橋梁的損傷效應進行了三維數(shù)值模擬,得到了空中爆炸沖擊波的傳播規(guī)律曲線和峰值壓力曲線，通過與實驗公式對比，驗證了爆炸荷載計算模型的有效性和計算結果的可靠性，并在此基礎上研究了橋梁在爆炸載荷作用下的非線性動態(tài)響應。計算結果表明：爆炸沖擊波對橋梁的損傷效應呈現(xiàn)局部破壞特征，橋梁迎爆面局部結構損傷較大且以破口形式存在。數(shù)值仿真結果為橋梁的抗爆承載計算和安全性評估提供了重要的參考依據(jù)。張開金[45]對爆炸荷載作用下混凝土橋梁的損傷特性進行了研究。通過改變荷載加載位置、加載大小、加載速率及混凝土強度等級，對結構的損傷效應及損傷因素加以分析，得出了各參數(shù)對結構損傷效應的影響程度及規(guī)律。朱勁松等[46]為了對人流、車流密集的城市市政橋梁進行合理的抗爆設計和爆炸風險評估,提出了爆炸荷載作用下城市橋梁動態(tài)響應與損傷過程分析的數(shù)值方法,其計算結果可作為抗爆設計和爆炸風險評估的依據(jù)。

1.2.3 橋面受爆引起的落梁

產(chǎn)生落梁的主要原因有[47]:(1)墩梁相對位移超過墩頂搭接長度;(2)相鄰跨上部結構橫向反向變位所致;(3)相鄰上部結構間距過小，上部結構相互碰撞;(4)逐跨施工的連續(xù)上部結構在近墩處有一支承牛腿連接處，在爆炸作用下，連接破壞，導致梁體折斷下落;(5)由于這種連續(xù)高架橋的結合部設在跨內(nèi)彎矩較小處，結合部主要傳遞剪力，構造簡單，但牛腿太短，支承面過窄，在強烈的爆炸荷載作用下，結合部容易損壞，使結構處于長懸臂狀態(tài)，產(chǎn)生斷裂而倒塌;(6)橋墩強度與變形能力不足，導致橋墩破壞;(7)相鄰上部結構的支座縱向破壞，位移過大。為了防止地震荷載下的落梁，學者們在橋梁規(guī)范[5,48-50]中分別制定了相應最小搭接長度控制落梁, 而我國規(guī)范中[51]規(guī)定了6度抗震區(qū)，簡支梁梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣應有最小搭接長度為：

圖6 梁端至墩、臺帽或蓋梁邊緣的最小距離Fig.6 Minimum distance from beam end to pier, cap and coping edges

(5)

式中：a為最小搭接長度，cm；L為梁的計算跨徑，m，如圖6所示。

學者們對于梁式橋的落梁進行了大量研究[5,47,52-55]，但是引發(fā)落梁的荷載主要為地震荷載。而近幾年的偶然性爆炸事件(如2013年2月1日我國義昌大橋坍塌事件等)表明，偶然性爆炸荷載即使荷載不大，但由于橋梁的結構型式和爆炸位置特殊，也會引起也會造成較大的破壞。例如簡支梁橋?qū)Ρê奢d較為敏感，其敏感性體現(xiàn)在即使很小的爆炸荷載作用下，若爆炸位置特殊，也可能發(fā)生落梁甚至由于局部落梁造成大橋的多跨跨塌。

1.2.4 橋索和橋塔受爆結構的響應

對于懸索橋，橋索和橋塔是斜拉橋的主要組成部分，即使較小的偶然性爆炸發(fā)生在橋塔或者橋索附近，也會發(fā)生大于爆炸規(guī)模的破壞[56]。斜拉橋是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系，也可以看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。和梁橋不同，懸索橋在橋面爆炸下可能會由于爆炸荷載靠近橋索，橋索和橋塔在爆炸下斷開，會引起橋梁的內(nèi)力重分布，若破壞規(guī)模較大，將會引起橋梁的整體坍塌。K.N.Suthar[21]用SAP2000軟件研究了切薩皮克地區(qū)跨海懸索大橋在恒荷載，活荷載和爆炸荷載作用下的響應，分別考慮了500 kgTNT在甲板上3種不同工況。當達到承載力極限時，作者用非線性塑性鉸開展了連續(xù)性倒塌分析。通過彎矩和構件的變形情況可以看出，雖然懸索橋在爆炸荷載下遭遇了嚴重的局部損傷，然而橋面爆炸荷載下并不太可能發(fā)生橋梁的整體坍塌。K.C.Edmond等[35]和H.Hao等[36]用有限元軟件LS-DYNA計算了橋面、橋墩、橋索和橋塔爆炸下的損傷情況，同時考慮了用CFRP進行加固，并對加固效果進行了分析。王赟等[57]以潤揚懸索橋為例，針對大跨度懸索橋可能遭受的爆炸沖擊波威脅，研究了空中爆炸沖擊波荷載作用下懸索橋的豎向彎曲振動?；趹宜鳂驌隙壤碚?，采用模態(tài)疊加法得到了懸索橋空中爆炸沖擊波作用下動撓度的解析解為：

(6)

大跨度纜索承重橋梁遭受恐怖爆炸襲擊的風險比一般橋梁大。蔣志剛等[58]以潤揚懸索橋(主跨1 490 m)為例，針對大跨度懸索橋可能遭受的爆炸襲擊，運用ANSYS 軟件進行二維簡化建模研究了空中爆炸沖擊波作用下懸索橋豎向彎曲響應。研究表明: 懸索橋的豎彎響應過程可分為非穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩階段，所有構件的最大內(nèi)力均發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)階段。非穩(wěn)態(tài)階段相聯(lián)構件間相互作用強烈，構件內(nèi)力變化大。穩(wěn)態(tài)階段構件間的相互作用減弱，構件內(nèi)力繞恒載值小幅波動。裝藥水平位置對加勁梁和吊桿最大內(nèi)力影響顯著，但對主索最大內(nèi)力的影響不明顯; 加勁梁的最不利荷載位置在跨端，吊桿的最不利荷載位置在跨中。

1.2.5 橋梁的連續(xù)性倒塌

對于橋梁的連續(xù)性倒塌問題僅有少量研究，比較典型的主要是U.Starossek[59-60]以一個多跨預應力混凝土橋的連續(xù)性倒塌問題為例，對橋梁結構局部破壞引發(fā)的連續(xù)性倒塌問題進行了研究，給出了橋梁的連續(xù)性、冗余性和魯棒性在分析過程中的重要性，給出了一種橋梁連續(xù)性倒塌的分析方法和設計建議，研究彌補了現(xiàn)有橋梁規(guī)范抗連續(xù)性倒塌的不足。成丕富[61]對橋梁結構連續(xù)倒塌進行了研究。在綜述建筑和橋梁抗連續(xù)倒塌的研究現(xiàn)狀及相關規(guī)范的基礎上，分析了橋梁連續(xù)倒塌的特性及現(xiàn)行橋梁設計方法的缺陷。提出橋梁的抗連續(xù)倒塌設計體系及針對不同橋型的抗連續(xù)倒塌設計方法。對于爆炸作用下橋梁的連續(xù)性倒塌問題未見報道。

2 橋梁爆炸安全評估

橋梁的安全評估主要包括承載能力評估、耐久性評估和適用性評估, 其中承載力評估為安全評估的主要內(nèi)容。爆炸作用下橋梁的承載能力評估主要指爆炸作用下橋梁結構各組成部分及整體結構在強度、剛度等方面是否滿足現(xiàn)有荷載等級的要求,以及其能否適應爆炸荷載的進一步發(fā)展的要求。其評估結果主要與橋梁結構各組成部分或整體的極限強度、穩(wěn)定性有關。評估的目的是要找出橋梁結構的實際安全狀況，以避免橋梁在日常使用中發(fā)生災難性的后果。安全評估的方法主要有專家經(jīng)驗評定法、荷載試驗法、基于設計規(guī)范的方法、基于結構可靠性理論的方法、層次分析法、基于結構可靠性理論的方法等。近年來，橋梁結構設計規(guī)范普遍依據(jù)結構可靠度理論對結構進行安全評估。結構失效可以用2類極限狀態(tài)表示：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。具體實現(xiàn)方法有2種：其一是直接計算橋梁的可靠指標，與目標可靠指標進行對比；其二是應用基于可靠度的橋梁評估規(guī)范。對于重要、復雜橋梁可應用直接計算方法，其主要的工作包括失效模式、結構分析模型、荷載和抗力模型、目標可靠度的確定，以及可靠指標的計算和結構安全判別等。

學者們對于橋梁爆炸的安全評估開展了研究[14,62-63]，A.Islam[14]用AASHTO指定的概率為基礎的設計方法，評估了爆炸荷載作用下橋梁的安全, 建模并記錄了AASHTO梁、墩、柱等典型構件在爆炸荷載下的性能，對研究結果進行了分析，給出必要的保護措施和橋梁改造和設計指南。B.Michele[62]對橋梁在恐怖襲擊下的易損性提出了一個合理的評估方法，該方法涉及的概率分析為一種理論分析方法，彌補了現(xiàn)有研究中的理論空缺。對于橋梁損傷程度的界定，可以分為單個構件的界定和整體結構的界定。對于橋梁單個構件損傷程度的具體界定，可以依據(jù)構件喪失承載力的簡化理論判據(jù)評估，將構件的損傷程度依次劃分為3個等級: 輕度損傷、中度損傷和嚴重損傷。A.R.Al-Wazeer[63]對橋梁進行了風險評估，給出了基于風險的橋梁維護策略。對于橋梁的整體結構損傷程度的界定，K.N.Suthar[21]對爆炸高度為6英尺，炸藥位置分別在中跨的跨中、邊跨的跨中和中跨的末端上3種工況對橋梁在爆炸荷載作用下的受力情況進行了分析。根據(jù)計算結果，把結構破壞分為3個等級：瞬時破壞(immediate occupancy /IO)等級，該破壞為輕微破壞。此時結構為對車輛仍可以安全同行，橋梁是穩(wěn)定的橋梁可以維修；生命安全(life safety /LS)等級。此時橋梁被嚴重破壞，然而橋梁沒有倒塌。在橋梁開始繼續(xù)通行前必須進行檢測盒維修；倒塌防護等級(collapse prevention /CP)，結構在倒塌的邊緣。橋梁已經(jīng)達到應力和變形極限，結構已大面積被破壞，維修已經(jīng)不是一種經(jīng)濟型的選擇了。此時需要橋梁的重建，此時結構處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，生命將受到威脅。分析的過程中根據(jù)結構振動過程中塑性鉸的發(fā)展程度判斷橋梁的性能進行評估。

3 橋梁特殊爆炸問題

3.1 橋梁爆破拆除

隨著城市建設的發(fā)展，需要拆除的橋梁項目也會越來越多。城市爆破技術的關鍵在于通過設計實現(xiàn)橋跨逐段連續(xù)倒塌落地，將塌落震動分時段和分散體積對地面形成沖擊。于是，在設計時在藥孔設計上采用多鉆孔、少裝藥和延期起爆技術，使爆炸能量釋放均衡、爆炸荷載均布，爆炸作用合理調(diào)配，減少一次齊爆的總藥量。龍源等[64]采用控爆法成功拆除一座危橋，文章闡述了拱肋、橋面梁、橋墩、橋柱各部位爆破參數(shù)的選擇，起爆網(wǎng)路形式和起爆延時的設計，以及爆破安全校核，可供類似工程參考。紀沖等[65]針對城市橋梁橋體沖擊地面作用過程進行數(shù)值計算，描述了橋體沖擊作用下在介質(zhì)中產(chǎn)生的彈塑性應力波的傳播衰減過程，進而分析了隧道結構在橋梁爆破拆除塌落沖擊作用下動力響應。研究表明：橋體在塌落觸地時對地面的沖擊振動有可能對地鐵隧道的穩(wěn)定性構成危害。為切實保證爆破后地鐵隧道的安全穩(wěn)定性，采用在橋下方鋪設鋼板/橡膠輪胎復合式結構緩沖防護層的方式以達到防護減振的效果。楊國良等[66]利用有限元ANSYS/LS-DYNA對某公路橋梁的爆破拆除過程進行了數(shù)值模擬，準確的再現(xiàn)了該橋的爆破拆除過程，并對該橋的爆破失穩(wěn)、倒塌機理進行了詳盡分析。

3.2 近地下爆炸對橋梁的響應

隨著地下空間地開發(fā)和利用，地下爆炸也會對附近地表結構造成一定影響，造成不同程度的破壞。趙曙光[67]針對連續(xù)梁橋、桁架橋和斜拉橋等3類不同橋型結構在遭受鄰近地下隧道內(nèi)爆炸作用下的動力響應進行了系統(tǒng)研究，對半無限地基土和埋置于其中的地鐵隧道以及地面上不同的橋梁結構所組成的體系建立了適當?shù)臄?shù)值模型，并利用LS-DYNA有限元軟件計算出了隧道內(nèi)點源爆炸在其內(nèi)壁產(chǎn)生的爆炸超壓荷載，針對所建立的不同類型橋梁結構在臨近地下隧道內(nèi)突發(fā)爆炸時產(chǎn)生的彈塑性動力時程響應進行分析研究。通過變換爆炸荷載和結構的特征參數(shù)，得到不同參數(shù)對結構動力響應的影響。

4 存在的問題與建議

綜上所述，對橋梁抗爆的安全評估研究開展時間較晚，研究多以試驗和數(shù)值模擬為主，尚未建立合理的橋梁爆炸力學模型和有效的抗爆設計和加固方法。針對研究中的不足，提出以下建議：

(1)建立、健全安全等級分類。對所有橋梁進行抗爆設計是不經(jīng)濟的，所以應合理地對結構遭受爆炸概率進行統(tǒng)計，對爆炸荷載可能出現(xiàn)的規(guī)模進行分級，同時對建筑物按照用途、設計使用年限和重要性進行分類，根據(jù)分類提出相應的設計要求。

(2)不同類型橋梁體系建立不同的抗爆方案。橋梁結構的結構形式眾多，不同類型結構體系在爆炸荷載的作用下的材料特性、結構局部破壞和整體失穩(wěn)模式都不同，因此，需要分別考慮和制定不同的抗爆設計方法。

(3)合理的加固建議。橋梁的抗爆加固主要分為材料加固和結構加固。對于橋梁抗爆的結構加固方法還不成熟，較為常用的復合材料是纖維增強復合材料(FRP)，用復合材料對橋梁進行抗爆加固，可以提高結構局部和整體的抗爆性能。

(4)規(guī)范建議。爆炸荷載作用下結構的動力響應和破壞的計算方法在防護工程各類規(guī)范中已經(jīng)有了系統(tǒng)的闡述，橋梁結構的相應計算和設計可參照防護工程規(guī)范開展研究工作。同時鑒于爆炸荷載和地震荷載有著一定的相似性，也可適當參照橋梁抗震的設計規(guī)范。

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(責任編輯 王易難)

Research advances of safety assessment of bridges under blast load

Zhang Yu1,2,3, Li Guoqiang2, Chen Kepeng4, Chen Airong2

(1.DepartmentofBuildingEngineering,LogisticsUniversityofPAPF,Tianjin300162,China;2.CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.StateKeyLaboratoryforStrengthandVibrationofMechanicalStructures,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,Shaanxi,China;4.TheArchitecturalDesign&ResearchInstitute,ZhejiangUniversity,Hangzhou310000,Zhejiang,China)

With the potential increase of terrorist attacks and blasting accidents, bridge safety has become a major public concern and greater attention is paid to the safety assessment of bridges under blast load. In this paper, the most recent research of bridges under blast load is systematically analyzed. Firstly, the simplified theories and dynamic response of pier, deck, cable and tower under blast load are sequentially analyzed and it has been demonstrated that the continuity, redundancy and robustness affect the progressive collapse of a bridge. Based on the review of the latest study on the progressive collapse of architecture and bridges and, in view of the relevant standards, the features of bridges' progressive collapse and shortages in the design methods are analyzed. Secondly, the recent study on bridge safety assessment, including load capacity evaluation, endurance evaluation and adaptability evaluation, is reviewed. Thirdly, a study of two specific blast problems of bridges, which are blasting demolition and dynamic response and damage of the bridge under near surface blast, is presented. Finally, suggestions are put forward aiming at rectifying the shortage in the recent bridge safety research

mechanics of explosion; safety assessment; structural reinforcement; dynamic response; blast load; bridge structure

10.11883/1001-1455(2016)01-0135-10

2014-01-02； < class="emphasis_bold">修回日期：2014-03-10

2014-03-10

國家自然科學基金青年基金項目(51508412);中國博士后基金項目(2014M551451); 西安交通大學機械結構強度與振動國家重點實驗室開放基金項目(SV2014-KF-17)

張 宇(1983— )，女，博士，講師，zhangyu1983xinxin@163.com。

O383 <國標學科代碼：1303510 class="emphasis_bold"> 國標學科代碼：1303510 文獻標志碼：A國標學科代碼：1303510

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