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近年来，世界范围内恐怖爆炸袭击事件不断增长，桥梁结构遭受恐怖爆炸袭击的威胁日益加剧；另一方面，随着我国社会经济和城市化进程的快速发展，燃油气、烟花爆竹及危化品等在运输过程的意外爆炸事故频繁发生，对桥梁结构造成的破坏不可忽视。桥梁墩柱作为各类桥梁结构中最关键的承重构件，一旦遭受恐怖爆炸袭击或意外爆炸事故而发生破坏，将直接造成桥梁结构部分坍塌甚至整体连续倒塌而丧失功能，乃至严重的人员伤亡。目前，我国尚无桥梁结构抗爆及其防护设计的相关规范或指南，很多重要桥梁并未经过抗爆防护设计。因此，开展爆炸作用下桥梁墩柱的动力响应分析和防护设计方法研究具有重要的社会和经济意义。
既有研究结果表明，双层钢管混凝土(Concrete-Filled Double-Skin Steel Tube, CFDST)组合柱具有良好的抗震、抗火和抗冲击性能，是一种符合“多灾害防御”理念的结构形式。然而，目前对双层钢管混凝土组合柱抗爆性能的研究和认识还很有限。本文采用模型试验和数值模拟等方法，对双层钢管混凝土组合墩柱在近距离爆炸和接触爆炸作用下的动力响应、损伤机理和剩余承载性能进行了研究，主要研究工作和结论如下：
(1)归纳总结了桥梁结构可能遭受的恐怖爆炸袭击威胁，建立了各类恐怖爆炸威胁下桥梁抗爆设计的荷载等级。开展了组合墩柱的空气爆炸试验，结果表明：方形截面柱表面的超压峰值整体上大于圆形截面柱表面的超压峰值，CONWEP模型不能准确地计算长方体装药爆炸在柱表面产生的爆炸荷载。基于非线性动力分析程序 LS-DYNA，采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法结合流构耦合(Fluid-Structure Interaction, FSI)算法建立了包括TNT炸药、空气域和CFDST柱的三维精细化数值模型对空气爆炸试验进行数值模拟，通过与试验实测结果的比较表明：建立的数值模型可以应用于模拟爆炸冲击波的形成、传播及与柱相互作用的过程。
(2)开展了双层钢管混凝土组合墩柱抗爆性能的试验研究。试验包括两个阶段：第一阶段对模型墩柱进行近距离爆炸和接触爆炸两种情况下的野外爆炸试验；第二阶段对爆炸损伤墩柱进行静力轴压加载试验。爆炸试验结果表明：近距离爆炸和接触爆炸作用下，双层钢管混凝土柱主要表现为局部破坏模式，整体响应不明显。静力轴压试验结果表明：爆炸损伤双层钢管混凝土组合柱具有良好的剩余轴向承载能力；与近距离爆炸相比，较小当量的接触爆炸即可对墩柱造成更严重的损伤；圆形截面柱较方形截面柱具有更好的抗爆性能、剩余轴向承载能力和延性。
(3)采用非线性动力分析程序 LS-DYNA 建立了爆炸作用下双层钢管混凝土组合墩柱动力响应分析的三维精细化数值模型，提出了爆炸作用下双层钢管混凝土柱动力响应分析的三阶段模拟方法，并通过与试验结果比较验证了数值模型的准确性。在此基础上，对双层钢管混凝土组合墩柱在近距离爆炸和接触爆炸作用下的损伤机理、耗能机制和破坏模式进行了深入分析。结果表明：在近距离爆炸荷载作用下，双层钢管混凝土柱的典型破坏模式表现为正对爆炸作用区域的截面局部凹陷，柱整体变形较小。在接触爆炸作用下，双层 钢管混凝土柱的典型破坏模式表现为爆炸位置局部区域的凹坑、外钢管断裂或破口、前壁局部贯穿等。
(4)通过数值模拟对近距离爆炸和接触爆炸作用下双层钢管混凝土柱的耗能进行了分析，结果表明：在两种爆炸情况下，作用于双层钢管混凝土柱上的爆炸能量大部分由核心混凝土消耗，表明核心混凝土的塑性损伤是双层钢管混凝土柱的重要耗能机制，钢管对混凝土的约束作用有利于混凝土材料充分发挥其塑性耗能能力。双层钢管混凝土墩柱较传统钢筋混凝土墩柱的另一个优点在于，外钢管对混凝土剥落破坏的抑制作用可以避免高速飞溅的碎块对周围环境中的人员和设施造成二次损伤。
(5)建立了分析近距离爆炸和接触爆炸损伤后双层钢管混凝土柱的剩余轴向承载力的四阶段数值模拟方法，并与试验结果对比验证了该方法的准确性。在此基础上开展了广泛的参数分析，研究了爆炸荷载参数和结构参数对爆炸损伤双层钢管混凝土柱剩余轴向承载性能的影响，结果表明：增大双层钢管混凝土柱的截面尺寸和含钢率可以显著地提升柱的抗爆性能和剩余轴压承载力；轴压荷载的存在有利于提升双层钢管混凝土柱在近距离爆炸下的抗爆性能，但对柱在接触爆炸下抗爆性能的影响有限。
(6)基于参数分析结果和多元非线性回归分析方法，分别建立了近距离爆炸和接触爆炸损伤双层钢管混凝土柱的剩余轴向承载力评估的实用公式，这两个实用公式可分别用于快速评估遭受近距离爆炸和接触爆炸损伤的双层钢管混凝土柱的剩余轴压承载力。研究结果有利于促进双层钢管混凝土组合墩柱在桥梁抗爆和多灾害防护桥梁设计中的推广应用。
既有研究结果表明，双层钢管混凝土(Concrete-Filled Double-Skin Steel Tube, CFDST)组合柱具有良好的抗震、抗火和抗冲击性能，是一种符合“多灾害防御”理念的结构形式。然而，目前对双层钢管混凝土组合柱抗爆性能的研究和认识还很有限。本文采用模型试验和数值模拟等方法，对双层钢管混凝土组合墩柱在近距离爆炸和接触爆炸作用下的动力响应、损伤机理和剩余承载性能进行了研究，主要研究工作和结论如下：
(1)归纳总结了桥梁结构可能遭受的恐怖爆炸袭击威胁，建立了各类恐怖爆炸威胁下桥梁抗爆设计的荷载等级。开展了组合墩柱的空气爆炸试验，结果表明：方形截面柱表面的超压峰值整体上大于圆形截面柱表面的超压峰值，CONWEP模型不能准确地计算长方体装药爆炸在柱表面产生的爆炸荷载。基于非线性动力分析程序 LS-DYNA，采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法结合流构耦合(Fluid-Structure Interaction, FSI)算法建立了包括TNT炸药、空气域和CFDST柱的三维精细化数值模型对空气爆炸试验进行数值模拟，通过与试验实测结果的比较表明：建立的数值模型可以应用于模拟爆炸冲击波的形成、传播及与柱相互作用的过程。
(2)开展了双层钢管混凝土组合墩柱抗爆性能的试验研究。试验包括两个阶段：第一阶段对模型墩柱进行近距离爆炸和接触爆炸两种情况下的野外爆炸试验；第二阶段对爆炸损伤墩柱进行静力轴压加载试验。爆炸试验结果表明：近距离爆炸和接触爆炸作用下，双层钢管混凝土柱主要表现为局部破坏模式，整体响应不明显。静力轴压试验结果表明：爆炸损伤双层钢管混凝土组合柱具有良好的剩余轴向承载能力；与近距离爆炸相比，较小当量的接触爆炸即可对墩柱造成更严重的损伤；圆形截面柱较方形截面柱具有更好的抗爆性能、剩余轴向承载能力和延性。
(3)采用非线性动力分析程序 LS-DYNA 建立了爆炸作用下双层钢管混凝土组合墩柱动力响应分析的三维精细化数值模型，提出了爆炸作用下双层钢管混凝土柱动力响应分析的三阶段模拟方法，并通过与试验结果比较验证了数值模型的准确性。在此基础上，对双层钢管混凝土组合墩柱在近距离爆炸和接触爆炸作用下的损伤机理、耗能机制和破坏模式进行了深入分析。结果表明：在近距离爆炸荷载作用下，双层钢管混凝土柱的典型破坏模式表现为正对爆炸作用区域的截面局部凹陷，柱整体变形较小。在接触爆炸作用下，双层 钢管混凝土柱的典型破坏模式表现为爆炸位置局部区域的凹坑、外钢管断裂或破口、前壁局部贯穿等。
(4)通过数值模拟对近距离爆炸和接触爆炸作用下双层钢管混凝土柱的耗能进行了分析，结果表明：在两种爆炸情况下，作用于双层钢管混凝土柱上的爆炸能量大部分由核心混凝土消耗，表明核心混凝土的塑性损伤是双层钢管混凝土柱的重要耗能机制，钢管对混凝土的约束作用有利于混凝土材料充分发挥其塑性耗能能力。双层钢管混凝土墩柱较传统钢筋混凝土墩柱的另一个优点在于，外钢管对混凝土剥落破坏的抑制作用可以避免高速飞溅的碎块对周围环境中的人员和设施造成二次损伤。
(5)建立了分析近距离爆炸和接触爆炸损伤后双层钢管混凝土柱的剩余轴向承载力的四阶段数值模拟方法，并与试验结果对比验证了该方法的准确性。在此基础上开展了广泛的参数分析，研究了爆炸荷载参数和结构参数对爆炸损伤双层钢管混凝土柱剩余轴向承载性能的影响，结果表明：增大双层钢管混凝土柱的截面尺寸和含钢率可以显著地提升柱的抗爆性能和剩余轴压承载力；轴压荷载的存在有利于提升双层钢管混凝土柱在近距离爆炸下的抗爆性能，但对柱在接触爆炸下抗爆性能的影响有限。
(6)基于参数分析结果和多元非线性回归分析方法，分别建立了近距离爆炸和接触爆炸损伤双层钢管混凝土柱的剩余轴向承载力评估的实用公式，这两个实用公式可分别用于快速评估遭受近距离爆炸和接触爆炸损伤的双层钢管混凝土柱的剩余轴压承载力。研究结果有利于促进双层钢管混凝土组合墩柱在桥梁抗爆和多灾害防护桥梁设计中的推广应用。