车辆撞击下桥墩的撞击力和墩身应变研究

摘要

随着城市交通的快速发展，车辆撞击桥墩事故愈发频繁，但目前国内外对该问题的相关研究成果较少，本文采用模型试验和有限元模拟的方法，对桥墩在碰撞过程中的墩身应变和所受撞击力进行了相关研究，主要的工作内容如下:
　　1)总结了国内现有桥墩撞击力计算方法和国内外桥梁设计规范对撞击力的相关规定。
　　2)建立车辆撞击桥墩的缩尺试验模型，完成了不同速度和质量的车辆与桥墩发生正碰的模型试验。结合试验结果，总结了墩身混凝土应变、墩内钢筋应变随车速、车重和墩身位置的变化规律，探讨了碰撞过程中桥墩应变响应的阶段划分，分析了碰撞过程中桥墩吸收消耗能量能力以及上部边界条件随车速和车重的变化规律。然后利用现有方法计算了碰撞试验中桥墩所受撞击力大小。
　　3)采用ANSYS/LS-DYNA软件进行车辆撞击桥墩的有限元模拟计算，分析车速和车重对撞击力峰值大小和持续时间的影响。并计算对比了桥墩等效撞击力与各国桥梁设计规范撞击力取值的关系。然后研究了墩身在撞击力作用下应力发展和扩散规律。
　　文章的最后对所做工作进行了总结，归纳了本文研究得到的结论与规律，指出了研究工作中的不足，并为以后的研究提出了建议。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 车辆撞击桥墩的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 理论分析研究

1．2．2 模型试验研究

1．2．3 仿真分析研究

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 撞击力计算方法

2．1 计算分析方法

2．1．1 边界条件简化

2．1．2 静力计算法

2．1．3 应变分析法

2．1．4 动力计算法

2．1．5 能量法

2．1．6 经验公式

2．2 国内外相关规范的撞击力计算方法

2．2．1 欧洲规范

2．2．2 中国规范

2．2．3 美国规范

2．2．4 各规范撞击力取值

2．3 小结

3 小车撞击桥墩模型试验及数据分析

3．1 概述

3．2 试验模型设计与制作

3．2．1 原型选取和设计原则

3．2．2 模型材料参数

3．2．3 模型桥上部梁体

3．2．4 模型桥桥墩

3．2．5 模型桥支座

3．2．6 模型小车、轨道、缓冲装置

3．3 试验概述

3．3．1 测点布置与数据采集

3．3．2 试验过程

3．4 不同车速下的撞击截面实测应变与分析

3．4．1 试验工况

3．4．2 应变时程变化划分

3．4．3 应变最值分析

3．4．4 最大拉压应变关系

3．4．5 各阶段持续时间分析

3．4．6 应变最值与小车动能关系

3．4．7 撞击截面不同位置测点的应变最值关系

3．5 不同车重下的撞击截面实测应变与分析

3．5．1 试验工况

3．5．2 应变最值分析

3．5．3 最大拉压应变关系

3．5．4 各阶段持续时间分析

3．6 沿墩高不同测点的实测应变与分析

3．6．1 概述

3．6．2 试验数据

3．6．3 实测应变分析

3．7 小结

4 模型试验撞击力峰值计算

4．1 概述

4．2 撞击力峰值计算

4．2．1 静力计算法

4．2．2 应变分析法

4．2．3 动力计算法

4．2．4 能量法

4．3 计算结果分析

4．4 小结

5 车撞桥墩有限元分析

5．1 概述

5．2 LS-DYNA简评

5．2．1 发展历程

5．2．2 功能特点

5．2．3 接触问题算法基础

5．2．4 沙漏效应

5．3 车撞桥墩有限元模型

5．3．1 桥梁原型介绍

5．3．2 单元类型和材料参数

5．3．3 网格划分原则

5．3．4 边界条件定义

5．3．5 车桥接触定义

5．3．6 有限元模型展示

5．3．7 数值计算工况

5．3．8 求解控制

5．4 不同车速下的撞击力时程及分析

5．4．1 计算结果

5．4．2 撞击力时程分析

5．4．3 等效撞击力计算

5．5 不同车重下的撞击力时程

5．5．1 计算结果

5．5．2 撞击力时程分析

5．5．3 等效撞击力计算

5．6 碰撞引起的桥墩应力发展

5．6．1 不同车速下的桥墩应力发展

5．6．2 不同车重下的桥墩应力发展

5．7 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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