钢管柱-索网体系抗泥石流块石冲击性能与试验研究

发布时间：2020-10-23 07:49

　　 泥石流作为一种常见的地质灾害,灾害发生时,泥石流中夹杂的巨砾、块石冲击是导致建筑物、构筑物等破坏的主要原因之一。本文针对甘肃省部分地区小流域泥石流夹杂的巨砾、块石灾害严重,借鉴格栅式拦挡结构在泥石流灾害防治中“水石分离”的思想,以及高强度的钢绞线索网在大跨度空间结构中的应用,提出一种新的拦挡结构体系——钢管柱-索网体系,来抗泥石流块石的冲击。本文采用理论分析,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟,结合试验研究的方法,探究钢管柱-索网体系在泥石流块石冲击荷载作用下的冲击动力响应。具体研究内容如下:(1)提出钢管柱-索网体系,对体系中的单根索进行有限元分析,探究两端固定约束条件下不同长度的钢绞线索在冲击荷载作用下的动力响应,使用不同的单元类型对单根钢绞线进行模拟,对比冲击力峰值、冲击点处位移峰值,确定合适的单元模拟钢绞线。对体系中的钢管进行模拟分析,探究在冲击荷载作用下不同钢管壁厚、不同冲击速度和不同冲击高度因素下的动力响应,结果表明厚壁钢管具有良好的抗冲击性能。对钢管柱-索网体系中的一类结构,即三种两钢管-索网结构和一种三钢管-索网结构,探究在冲击荷载作用下的冲击响应,得到该结构的破坏模式。(2)通过对钢管柱-索网体系中的一类结构的参数分析,得到不同参数(索类型不同,钢绞线索的直径不同,钢管壁厚不同,钢管屈服强度不同)下结构的冲击力时程响应,冲击力峰值、位移峰值和加速度峰值,钢绞线冲击点附近的轴向应力的时程响应,以及钢管的应力、应变变化情况和结构的破坏模式。并提出加支撑型钢管柱-索网结构和钢管混凝土-索网结构,对其进行冲击荷载作用下的动力响应研究和破坏模式分析,其中加支撑型结构和加混凝土结构的冲击力峰值比体系中一类结构的冲击力峰值大,位移峰值小。(3)利用自行设计的冲击试验平台,对钢管柱-索网体系中两钢管-索网结构,加侧向支撑两钢管-索网结构,三钢管-索网结构和加侧向支撑三钢管-索网结构的缩尺模型进行冲击试验研究,采用DHDAS动态信号采集分析系统对结构的关键测点进行动应变、动位移和动加速度的数据采集,通过数据分析,对比有限元模拟结果中位移峰值和加速度峰值,两者规律一致,验证了钢管柱-索网体系的合理性。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P642.23
【部分图文】：

年甘肃舟曲三眼峪泥石流[5]图1.1 近几年泥石流灾害由于泥石流灾害严重，很多学者致力于泥石流的运动机理、构成成分，防治结构等方面的研究。张楠等通过对2005年至2015年间10927起泥石流灾害的统计,发现泥石流灾害集中分布在四川、云南、西藏东部、甘肃南部等西省份部和福建、广东等东南沿海省份、特大型和大型灾害损失最为惨重等时空分布特点。对具体

TR-shear 应力 Von Mises 应力 c) t=0.0180s钢绞线的应力图2.4 1m长Beam161单元的钢绞线受10m/s直径200mm冲击时的应力分析由图 2.4 分析，对于应力值，Von Mises 应力一直大于其它三种应力。钢绞线的 Von Mises 应力和 Axial 应力会出现强化。钢绞线出现应力强化时，冲击点处应

钢管采用映射网格划分，网格大小20mm，钢球采用自由网格划分，网格大小20mm。以直径300mm冲击物，冲击高度750mm，冲击钢管为例，有限元模型见下图3.1，其中图3.1 a） 159 mm 2mm；b） 159 mm 4mm；c） 1 59 mm 6mm；d） 1 59 mm 8mm；e） 159 mm 10mm；f） 159 mm 12mm；g) 114 mm 4mm；h) 114 mm 8mm；i) 140 mm 4mm；j) 140 mm 8mm。
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本文编号：2852743