[发明专利]一种抗爆炸冲击作用的钢箱梁截面设计方法

说明书

技术领域

一种抗爆炸冲击作用的钢箱梁截面设计方法，属于桥梁工程钢箱梁结构技术领域。

背景技术

目前钢箱梁结构主要用于城市高架曲线桥梁、大跨度斜拉桥及悬索桥，箱梁结构整体计算时主要考虑结构的恒载、汽车荷载、风荷载及地震荷载，尚未考虑爆炸荷载；钢箱梁结构截面设计时，主要考虑施工过程时结构整体稳定、局部稳定及运营过程中的疲劳问题，尚未考虑局部冲击问题；桥面板作为车辆荷载的作用面，通过正交异形板的形式，设置于钢箱梁的顶部，为钢箱梁第二体系、第三体系结构应力优化的主要构件，而爆炸荷载对结构的影响不在于压力的大小，主要为比冲量的体现，因此这种常规优化对抗爆炸冲击的作用贡献较小。钢箱梁为中空结构，为保护电缆、输气管道等设备免受道路运输环境的影响，常将该设备置于箱梁内部，随着危险物品汽车运输、恐怖袭击等各种爆炸作用时有发生，研究爆炸作用并对钢箱梁结构进行爆炸作用下优化设计，对我国的桥梁结构钢箱梁防爆减灾具有重要意义。

申请号CN201210532410.1提出了一种钢-混凝土组合结构抗爆毁伤的方法，主要针对钢铸件、混凝土铸件分别设计，与钢箱梁材料选取、结构组合形式、受力荷载及受力模式差别较大，尚不能指导钢箱梁的防爆设计。钢箱梁发生爆炸作用会对结构产生剧烈的局部破坏效应（姚术健，汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析[J]，振动与冲击, 2015(7):222-227.）（耿少波，钢箱梁缩尺模型爆炸冲击波作用下破坏实验研究[C]，全国结构工程学术会议，2016.），但尚未有研究者在钢箱梁截面设计上提出防护及优化建议。因此，在设计理念上，应从荷载模式上增设爆炸作用，从主动防护上研究一种具备抗爆炸钢箱梁的截面形式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种内部增设防爆冲击层的钢箱梁截面设计。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：一种抗爆炸冲击作用的钢箱梁截面设计方法，钢箱梁截面包括顶板、U型肋、次顶板、纵隔板、第一腹板、第二腹板、底板、顺桥式桁架-泡沫铝组合构件和横桥式桁架-泡沫铝组合构件；

所述顶板水平设置且在顶板底部间隔设置有多个U型肋，所述多个U型肋每相邻两个U型肋之间的空间设为第一防爆冲击区，在所述第一防爆冲击区填充有与U型肋平齐的单层顺桥式桁架-泡沫铝组合构件；

在所述顶板下方水平设置有次顶板，所述次顶板与底板之间垂直距离不得小于顶板与底板之间垂直距离的1/2，并且次顶板厚度为顶板厚度的1/4-1/2，所述次顶板与顶板 的U型肋底部之间的空间设为第三防爆冲击区，在所述第三防爆冲击区沿竖直方向填充有至少两层横桥式桁架-泡沫铝组合构件；

所述顺桥式桁架-泡沫铝组合构件包括前金属面层、背金属面层以及夹在前金属面层、背金属面层之间的顺桥桁架式弦杆构件，在所述前金属面层、背金属面层之间填充有包裹顺桥桁架式弦杆构件的泡沫铝，其中，所述顺桥桁架式弦杆构件为交错排列的类正弦曲线或类余弦曲线空心圆管，并且类正弦曲线或类余弦曲线空心圆管沿桥梁车辆的行进方向延伸；

所述横桥式桁架-泡沫铝组合构件包括前金属面层、背金属面层以及夹在前金属面层、背金属面层之间的横桥桁架式弦杆构件，在所述前金属面层、背金属面层之间填充有包裹横桥桁架式弦杆构件的泡沫铝，其中，所述横桥桁架式弦杆构件为交错排列的类正弦曲线或类余弦曲线空心圆管，并且类正弦曲线或类余弦曲线空心圆管的延伸方向垂直于桥梁车辆的行进方向；

所述第三防爆冲击区横桥式桁架-泡沫铝组合构件厚度为第一防爆冲击区顺桥式桁架-泡沫铝组合构件厚度的1.1-1.3倍。

第一风嘴区、第二风嘴区除去多个U型肋及多个U型肋每相邻两个U型肋之间空间的剩余空间设为第二防爆冲击区，在所述第二防爆冲击区填充有与第一风嘴区、第二风嘴区平齐的横桥式桁架-泡沫铝组合构件；

所述第二防爆冲击区填充的横桥式桁架-泡沫铝组合构件与第三防爆冲击区填充的横桥式桁架-泡沫铝组合构件结构相同。

所述次顶板包括沿纵隔板对称设置的第一次顶板和第二次顶板，所述第一次顶板和第二次顶板均为U型，并且U型第一次顶板的一端与第一腹板连接、另一端与纵隔板连接；第二次顶板的一端与第二腹板连接、另一端与纵隔板连接。

所述U型第一次顶板的一端通过高强螺栓与第一腹板连接、另一端通过高强螺栓与纵隔板连接；第二次顶板的一端通过高强螺栓与第二腹板连接、另一端通过高强螺栓与纵隔板连接。