滚石对空心薄壁高墩的撞击效应研究

发布时间：2017-09-25 07:38

  本文关键词：滚石对空心薄壁高墩的撞击效应研究

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【摘要】：山区桥梁因地质条件恶劣,时常受到各种地质灾害的影响,特别是滚石撞击对桥梁的安全构成了严重威胁。近年来己发生多次由于滚石撞击造成的重大桥梁损伤事故,桥墩防滚石撞击问题也引起了人们的重视。为了提高桥梁的抗滚石撞击的能力,本文以某山区桥梁空心薄壁高墩作为研究对象,仿真分析了滚石与桥墩碰撞的动态过程以及影响桥墩位移和撞击力大小的几个主要因素。本文通过采用ANSYS/LS-DYNA建立已有试验的滚石撞击墩柱模型,对滚石与桥墩碰撞过程进行验证性数值模拟。根据已验证的模型参数,建立西部山区空心薄壁高墩有限元模型,仿真分析滚石与桥墩碰撞的动态过程,获得了桥墩在碰撞中的动力响应。并分析不同影响因素(滚石质量、滚石速度、撞击位置、滚石与桥墩接触面积)对桥墩的破坏情况、位移、撞击力的影响。最后将本文模拟中得到的碰撞力与理论计算得到的碰撞力进行对比分析,对数值模拟结果进行评价。通过对滚石与空心薄壁高墩的撞击效应进行数值仿真分析及理论分析,得到研究结论如下:(1)通过落石撞击钢筋混凝土墩柱试验的验证模拟得到通过合理取值采用数值模拟的方法可对钢筋撞击桥墩问题进行研究。(2)滚石与空心薄壁高墩的撞击,桥墩的破坏以局部破坏为主,影响范围基本在撞击区域局部。(3)随着滚石质量、滚石速度的增加,桥墩变形由结构的整体弯曲变形逐渐过渡为碰撞区域局部破坏变形;滚石作用位置对撞击力影响较小,但对墩顶位移有较大影响;在滚石与桥墩的撞击中滚石与桥墩接触面积对撞击力有较大影响,不能将滚石简化为质点。(4)数值模拟结果与理论计算结果对比分析得到,数值模拟的撞击力与理论计算的撞击力走势一致,撞击力与滚石速度增长均基本呈线性增加,但增率不同。
【关键词】：滚石 空心薄壁高墩 碰撞 数值仿真 破坏情况 位移 撞击力
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 船舶撞击桥梁11-13
• 1.2.2 滚石与路基、隧道棚洞的碰撞13-14
• 1.2.3 滚石与桥梁碰撞14-15
• 1.2.4 文献分析15-16
• 1.3 本文主要研究内容16
• 1.4 研究方法及技术路线16-18
• 2 碰撞冲击动力学计算的有限元方法18-25
• 2.1 碰撞冲击动力学问题与静态分析的区别18-19
• 2.2 显式中心差分算法19-20
• 2.3 计算中沙漏的控制20-21
• 2.4 计算中应注意的问题21-24
• 2.4.1 材料应变率敏感性21-22
• 2.4.2 网格划分22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 滚石撞击桥墩模型验证25-40
• 3.1 验证模型原型25-26
• 3.2 验证有限元模型建立26-34
• 3.2.1 混凝土27-31
• 3.2.2 钢筋31-33
• 3.2.3 滚石33
• 3.2.4 钢筋和混凝土粘结方法33-34
• 3.2.5 撞击接触设置34
• 3.2.6 结果评判标准34
• 3.3 模型验证34-39
• 3.3.1 混凝土失效参数设置36
• 3.3.2 模型验证评价36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 滚石与空心薄壁高墩撞击效应40-73
• 4.1 桥墩简介40-42
• 4.2 有限元模型42-45
• 4.3 分析工况45
• 4.4 桥墩应力损伤分析45-49
• 4.5 滚石质量影响49-56
• 4.5.1 破坏情况分析50-53
• 4.5.2 位移分析53-55
• 4.5.3 撞击力分析55-56
• 4.6 滚石速度影响56-61
• 4.6.1 破坏情况分析57-59
• 4.6.2 位移分析59-60
• 4.6.3 撞击力分析60-61
• 4.7 作用位置影响61-65
• 4.7.1 破坏情况分析61-63
• 4.7.2 位移分析63-64
• 4.7.3 撞击力分析64-65
• 4.8 撞击接触面积影响65-69
• 4.8.1 破坏情况分析66-67
• 4.8.2 位移分析67-68
• 4.8.3 撞击力分析68-69
• 4.9 四种影响因素对比69-71
• 4.9.1 墩顶位移分析70
• 4.9.2 撞击力分析70-71
• 4.10 本章小结71-73
• 5 滚石与桥墩碰撞撞击力取值73-84
• 5.1 滚石碰撞计算理论73-76
• 5.1.1 Hertz碰撞理论73-74
• 5.1.2 能量守恒原理74-75
• 5.1.3 冲量定理理论75-76
• 5.2 滚石与桥墩碰撞撞击力计算方法76-81
• 5.2.1 基于能量守恒原理的滚石冲击力简化计算方法76-77
• 5.2.2 基于Hertz理论与能力守恒原理的冲击力计算方法77-79
• 5.2.3 基于冲量定理的冲击力计算方法79-81
• 5.3 碰撞力取值对比81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 结论与展望84-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-92
• 攻读学位期间发表学术论文及参与科研项目92

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