泥石流作用下钢管混凝土桩林结构动力响应分析与试验研究

发布时间：2017-09-03 00:19

  本文关键词：泥石流作用下钢管混凝土桩林结构动力响应分析与试验研究

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【摘要】：泥石流是山区常见的一种自然灾害现象,在我国西南、西北和华北的一些山区均发育有泥石流,每年因泥石流造成的经济损失及人员伤亡均很大。泥石流不仅以惊人的动力作用给山区及河谷地貌造成不同程度的破坏,而且泥石流冲积扇还可将耕地演变成荒废的沙石滩地,对区域环境造成极大的不良影响,因此有效治理泥石流对实现减灾防灾意义重大。由文献可知,大块石的冲击作用是导致拦挡坝破坏的主要原因,然而,目前关于拦挡坝在冲击荷载作用下的动力响应特征研究较少,本文以新型拦挡结构钢管混凝土桩林为研究对象,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,展开对大块石冲击荷载作用下钢管混凝土桩林结构的动力性能分析,并提出合理有效的抗冲击措施。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)采用显示有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,分别对两端无约束和受约束的钢管混凝土桩林结构进行数值模拟分析,钢材和混凝土的材料分别采用适用于冲击作用的Cowper-Symbols和Concrete-Damage本构模型方程,并阐述了桩林结构在冲击荷载作用下的数值模拟实现方法和结构动力响应分析方法。(2)以两端无约束和端部施加约束的钢管混凝土桩林结构为分析对象,通过改变冲击物的能量,根据结构的受力特点,研究在不同冲击能量作用下桩林结构的动力响应及破坏模式。并对不同冲击高度、冲击物质量及速度三个参数进行规律性研究,分析动力响应随各参数的变化规律,并得到最不利的加载点位置。(3)分别对端部无约束的桩林结构和端部施加约束的桩林结构进行试验研究,冲击试验在本课题组自行设计的冲击试验台上进行,通过动态位移传感器、加速度传感器及应变片得到冲击荷载作用下结构关键点的时程响应数据。并将试验数据与数值模拟数据进行对比,验证了桩林结构的破坏模式及数值分析的正确性。(4)分别对空库大石块撞击、空库泥浆冲击和满库状态下钢管混凝土桩林结构的响应进行分析,得到结构最不利的荷载工况及结构的薄弱部位,并提出相应的加强措施。
【关键词】：冲击荷载 钢管混凝土 数值模拟 动力响应特征 冲击试验
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.23;TU398.9
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的意义11-14
• 1.2 相关领域国内外研究现状综述14-19
• 1.2.1 钢管混凝土的特点和应用14-15
• 1.2.2 钢管混凝土抗冲击性的研究15-16
• 1.2.3 冲击荷载作用下材料的动态力学性能16-17
• 1.2.4 泥石流防治的研究17-19
• 1.3 本文研究的主要内容和基本框架19-21
• 1.3.1 研究内容19-20
• 1.3.2 研究的基本框架20-21
• 第2章 冲击荷载作用下钢管混凝土桩林动力响应分析21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 结构冲击动力响应分析的数值实现方法21-23
• 2.2.1 计算模型23
• 2.3 材料模型23-25
• 2.3.1 钢管材料模型23-24
• 2.3.2 混凝土材料模型24
• 2.3.3 钢球材料模型24-25
• 2.3.4 几何建模和网格划分25
• 2.4 基于能量分析钢管混凝土桩林结构的动力响应25-34
• 2.4.1 能量法基本原理25-27
• 2.4.2 数值模拟结果27-34
• 2.4.3 结论分析34
• 2.5 不同冲击高度下钢管混凝土桩林结构的动力响应分析34-41
• 2.5.1 结构计算34-40
• 2.5.2 结论分析40-41
• 第3章 两端约束的钢管混凝土桩林抗冲击性能研究41-55
• 3.1 引言41
• 3.2 冲击荷载作用下端部受约束钢管混凝土桩林的动力响应分析41-50
• 3.2.1 计算模型41
• 3.2.2 破坏模式41-43
• 3.2.3 动力响应特征分析43-49
• 3.2.4 能量转换49-50
• 3.3 规律性分析50-54
• 3.3.1 不同冲击高度的影响50-52
• 3.3.2 不同冲击物质量和速度的影响52-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 钢管混凝土桩林冲击性试验研究55-75
• 4.1 引言55
• 4.2 冲击试验方案设计55-60
• 4.2.1 试验目的55
• 4.2.2 试验准备55-56
• 4.2.3 试验装置56-57
• 4.2.4 量测仪器57-59
• 4.2.5 加载工况59-60
• 4.2.6 试验流程60
• 4.3 两端无约束钢管混凝土桩林模型结果分析与试验现象描述60-67
• 4.3.1 撞击桩管60-64
• 4.3.2 撞击梁管64-67
• 4.4 两端受约束钢管混凝土桩林模型结果分析与试验现象描述67-73
• 4.4.1 撞击桩管67-71
• 4.4.2 梁管撞击71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第5章 泥石流荷载下钢管混凝土桩林结构响应分析75-84
• 5.1 引言75
• 5.2 地形地貌75-76
• 5.2.1 区域地质环境75-76
• 5.2.2 水文气象76
• 5.3 治理目的76-77
• 5.3.1 治理原则77
• 5.4 工程概况77-83
• 5.4.1 模型的建立及分析过程的设定78-79
• 5.4.2 材料属性79
• 5.4.3 钢管混凝土桩林设计工况79-80
• 5.4.4 计算分析80-83
• 5.5 本章小结83-84
• 结论和展望84-86
• 结论84-85
• 展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录91

【参考文献】

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本文编号：781750