图4-1分离式共节点模型配筋示意
由于倒塌过程中接触非常复杂，模拟中可选用自动搜索接触算法，判断接触面并可以处理侵蚀、断裂等复杂边界变化情况。
混凝土最重要的特征之一是其抗拉强度很低，在很多情况下混凝土结构是带缝工作的。裂缝引起周围应力的突然变化和刚度降低。裂缝处理的适当与否是能否正确地分析钢筋混凝土结构的关键问题，同时也是较难处理的复杂问题。在处理混凝土结构裂缝时，常以分布裂缝来代替单独的裂缝，即在出现裂缝以后，仍假定材料是连续的，仍然可用处理连续体介质力学的方法来处理。某单元积分点的应力超过了开裂应力，则认为整个积分点区域开裂，并且认为是在垂直于引起开裂的拉应力方向形成了无数平行的裂缝，而不是一条裂缝。由于不必增加节点和重新划分单元，很容易由计算自动进行处理，其得到广泛的应用。
4.2.2钢筋混凝土破碎的精细模拟
以贵阳艺校立交桥爆破拆除工程为例，对桥梁局部破碎过程数值模拟进行介绍。贵阳艺校立交桥为一环形立交，采用爆破方法进行拆除（图4-2）。起爆顺序为：匝道简支弯箱梁（含支撑桥墩）→匝道异形平面板（含支撑桥墩）→
环道桥异形平面板（含支撑桥墩）→环道桥简支弯箱梁（含支撑桥墩）。
图4-2贵阳艺校立交桥
4.2.2.1匝道支撑立柱受力分析
图4-3和图4-4为匝道4第6排立柱有效应力云图及应力时程曲线。从图中可知，在t=2.05s时立柱混凝土单元受压破坏，混凝土单元被删除，进而与该单元共节点的钢筋单元所受压力迅速增大，在t=2.15s，钢筋单元所受压应力达到其失效强度，从而因失效被删除。
图4-3匝道立柱混凝土单元应力云图
4.2.2.2匝道箱梁隔梁受力分析
图4-5和图4-6为匝道2箱梁隔梁压应力云图及应力时程曲线。从图中可知，在t=1.25s时隔梁混凝土单元受拉破坏，混凝土单元被删除，在t=1.45s，
图4-4匝道立柱混凝土单元受力时程曲线
图4-5匝道箱梁隔梁混凝土单元应力云图
图4-6匝道箱梁隔梁混凝土单元受力时程曲线
隔梁触地后受到冲击，隔梁底部钢筋单元受挤压，所受压应力达到其失效强度被删除。
4.3整体塌落过程的数值模拟
武汉市沌阳高架桥（相关资料参见第8章）一次性爆破拆除工程，总体方案采用逐跨连续塌落方案，即采用MS8（250ms）导爆管雷管孔外接力延时，墩柱排间起爆时差为0.25s，为验证起爆时差的合理性，采用多刚体动力学方法对其塌落过程进行计算。为计算方便，选择其中具有代表性的78~83孔进行分析，如图4-7所示。
图4-7沌阳高架桥起爆顺序示意
（图中竖直线表示桥墩，上部圆形表示桥墩为双支座墩，三角形表示单支座墩，T形表示固结墩）
4.3.1多刚体动力学模拟
根据实际的桥梁结构，将上述5孔简化为平面多刚体动力学模型，即每个桥墩为一个刚体，分别与上部结构搭接和固接，上部结构在初始状态刚性连接或搭接，其中刚性连接在桥墩删除（爆破）后转为铰接，其塌落过程模拟结果如图4-8所示。
4.3.2动力有限元模拟
沌阳高架桥模型主要包括桥面板、桥墩、路面路基。几何尺寸均来源于原桥设计图纸，在建模过程中，为便于后续有限元网格划分计算时间，对不影响结构计算的几何特征进行简化，如图4-9所示。
基于几何模型剖分有限元网格。全桥共974306个单元，1597866个节点。
若全部进行计算，按照爆破时间为30s来计，是一个很庞大的计算规模。经分析，桥梁结构每一联基本是一致的，并且由于爆破方式全部一致，桥梁垮塌的方式也是一致的。综合考虑模型的计算时间，选取桥梁6跨做计算，得出桥梁垮塌过程，并观测地面所受荷载。截取的6跨有限元模型，单元数为37321，节点数为58577个。网格剖分结果如图4-10~图4-12所示。
图4-8沌阳高架桥78~83孔塌落过程模拟结果
图4-9单跨桥面板
图4-10桥面板网格
图4-11模型透视图
图4-12整体模型
桥梁垮塌过程如图4-13所示。分析图4-13（a～d）可以发现，三排桥墩破坏后，桥体触地。由于箱梁在桥墩部位是浇筑连接，具备一定的强度，桥墩两侧的箱梁不是在桥墩破坏后迅速塌落，而是整体塌落，但是在连接部发生弯曲，当先爆破桥墩对应的箱梁触地后，迅即从连接部位分离；相邻箱梁塌落后在地表可能会发生部分重叠，但幅度不大。从堆积形态看，爆堆比较平坦，没有发生箱梁空中翻转现象，桥体塌落后，由于重心较低，没有碎块飞离。上述分析表明，从塌落过程与堆积形态看，爆破方案可以达到预期目的，可以实现桥梁的顺利拆除。
图4-13沌阳高架桥爆破拆除塌落过程数值模拟
图4-13沌阳高架桥爆破拆除塌落过程数值模拟（续）
按设计方案，相邻桥墩的爆炸时间间隔为250ms，模拟中没有考虑桥墩的爆炸破坏过程，模型建立过程中，被破坏的桥墩不参与后续计算。从模拟结果中可以发现，按设计方案的延期起爆时间，逐排爆破，可以实现整个桥梁拆除爆破的目的，墩柱排间起爆时差的设计是合理的。
泊祎回收网遵循行业规范，任何转载的稿件都会明确标注作者和来源;
发布者：泊祎回收网，转载请注明出处：https://www.huishou5.net/chai/81069.html
微信扫一扫 
