滚石-桥墩防撞物刚性碰撞精细化分析及设计方法

为了防止滚石撞击桥墩,按刚性防撞思路提出一种桥墩防滚石撞击的构造措施.首先基于动力学基本原理,建立滚石-桥墩防撞物刚性碰撞耦合精细化动态模型,并在动力学分析中考虑非线性、界面接触以及本构关系,同时对关键计算参数给出建议取值.进而基于所提出的精细化碰撞模型,采用ANSYS/LS-DYNA计算模块,数值仿真滚石撞击刚性防撞物的动态全过程,并从能量角度检验该计算方法的数值稳定性.最后,从材料破坏耗能与能量转换效率角度提出桥墩刚性防滚石撞击物的设计准则.计算结果表明,所提出的精细化碰撞计算方法具有良好的可行性与合理性,同时所提出的桥墩刚性防撞物亦达到预期的防撞效果.研究结论可以为今后此类刚性防撞结构设计或建立相关规程提供理论参考.     

LRB隔震桥梁遭受超高车辆撞击时的响应分析

采用线性弹簧碰撞单元,用ANSYS有限元软件建立了超高车辆一桥梁的碰撞模型,对LRB隔震桥梁受到超高车辆正向撞击时的整体响应进行了非线性时程分析.结果表明,车桥碰撞时能产生较大撞击力;铅芯橡胶支座在超高车辆撞击桥梁时能消耗撞击能量,可有效地减小碰撞力向桥墩传播,起到"隔震"作用;影响撞击响应的主要因素是碰撞刚度、超高车辆的质量和速度.最后,为了便于工程设计提出了超高车辆-桥梁碰撞力的计算公式.     

滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

在棚洞顶部铺设一定厚度砂土垫层可起到有效的耗能缓冲作用,不同厚度的砂土垫层耗能缓冲效果差异较大,如何量化砂土垫层厚度成为棚洞结构设计的关键问题之一。以实际棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击砂土垫层进行数值仿真计算,分析不同冲击能量下多组砂土垫层厚度组合的动力响应及耗能缓冲机理。结果表明：低冲击能量下,改变砂土垫层厚度对滚石冲击力影响不大,而高冲击能量下,不同厚度砂土垫层的吸能减震效果有显著差异;增大砂土垫层厚度可有效的减弱滚石冲击对棚洞钢筋混凝土顶板造成的变形影响,但同时会增加结构自重,通过计算,可以得到最优化的垫层厚度,兼顾经济合理性和结构可靠性。研究成果将为滚石多发区棚洞结构砂土垫层的设计提供理论依据。     

基于3维DDA的多块体滚石运动分析

崩塌滚石是山区主要的地质灾害之一,分布范围及其广泛,突发性极强、预测困难,会造成建筑物损坏、交通运输线路堵塞、人员伤亡等严重后果。其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹,而目前,国内外对崩塌滚石的相关研究较为薄弱,从而导致滚石灾害治理上效果不佳。本文通过对国内外众多滚石灾害案例的研究,探索三维非连续变形分析方法(以下简称3-D DDA)在崩塌滚石中的应用。相比传统的二维模型,三维模型由于能够考虑三维地形效应,分析扩散角,近年来逐步成为了主流的研究手段。实例分析中以某岩质边坡建立了3-D DDA模型,采用恢复系数法来描述滚石碰撞反弹的问题,通过数值模拟,分析了多块体滚石事件的运动特征。结果表明：是否考虑滚石间相互碰撞所计算出的结果差异较大,虽然滚石间的相互碰撞通常会带来总能量的损失,但部分块体受到碰撞将接受动能,促进其远距离运动,从而得到更佳合理的防治方案。滚石块体间的相互作用不能忽视。与现有方法相比,3-D DDA具有能直接在模拟块体间相互碰撞,更符合多块体滚石灾害事件的优点。进一步,基于运动特征分析成果验证了防护措施的效果。该方法可用于斜坡区多块体滚石运动特征的预测,并可为滚石灾害科学防治决策提供参考。     

液滴撞击超疏水—亲水混合表面的动态行为特性

对液滴撞击普通表面、疏水表面、疏水—亲水混合表面的行为进行可视化观测,对比研究不同撞击表面的动力学特性,分析表面润湿性以及撞击速度对撞击行为的影响.疏水部分接触角选取115°、135°和150°.液滴撞击不同的表面,均会发生铺展、回缩、反弹或破碎行为.液滴撞击疏水表面的速度越大,表面的铺展因子越大,但不会影响最大铺展时间(3 ms).当液滴以2.43 m/s的速度撞击超疏水表面时,铺展因子可达3.43.研究发现,液滴撞击超疏水—亲水混合表面未发生反弹,且撞击速度越大,接触角越大,液滴撞击产生的液指越多,断裂产生的次生小液滴越多.结果表明,超疏水—亲水混合条纹可以减小单个液滴的体积,减少液滴的二次回弹.     

连续刚构桥动力数值模拟及减震技术研究

以京沪铁路大跨度箱形截面连续刚构桥为研究对象,运用ANSYS大型有限元分析软件对其动力特性进行了数值模拟分析,通过比较纵横向地震波作用下的桥梁动力响应,得出连续刚构桥在进行动力分析时需要同时考虑两种方向波对结构的不同影响,以此为基础,分析了采取不同抗震、减震措施时对该桥梁结构力学性能的影响.分析结果表明:支撑体系的刚度对结构的动力特性影响较大;圆角空心墩的减震效果好于矩形空心墩;桥墩的刚度越大,地震作用下的结构内力越大.     

船桥碰撞非线性数值仿真研究

为了研究湘江流域典型桥梁船桥碰撞时的撞击力和能量转换过程，为后续大桥的防船撞设计提供参考，以株洲建宁大桥为研究背景，按照实际尺寸建立货船和桥墩模型，并使用ABAQUS有限元软件对其进行非线性动力仿真分析，研究了船桥碰撞过程中，船的撞击速度、吨位和撞击角度对撞击力的影响，以及船的变形情况和船桥碰撞中的能量转化关系。研究结果表明：船撞力峰值和船速存在正相关关系；船舶的吨位越大，撞击力峰值越大并且撞击的时间越长；船的撞击角度与碰撞时间之间没有呈现出明显的规律；船的撞击速度、吨位和撞击角度3种影响因素对船桥碰撞的撞击力和船体变形均有影响，但主要因素还是船速和船的吨位；在碰撞过程中，船的撞击动能基本转化为塑性变形能，船体变形主要集中在船艏碰撞区域，远离碰撞区域的船身部位没有明显的变形。     

边坡滚石运动影响因素浅析

边坡滚石是一种常见的工程地质灾害,滚石运动的复杂性往往与其影响因素密切相关.针对滚石从发源地到终止点之间的运动形态,对滚石的发生机制及运动形式进行了探讨,较系统地归纳、分析了影响滚石运动的因素.主要从边坡条件(边坡几何形状、坡面粗糙程度、边坡的物理力学性质)、滚石特性(几何性质、物理力学性质)和边坡与滚石的相互作用3方面进行了系统的试验分析,总结出了外在因素以及内部因素耦合作用下的滚石的运动形态.为进一步深入研究滚石运动奠定了基础,为制定相应的工程防护措施提供了参考依据.     

都（江堰）—汶（川）高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究

沙坪大桥是都汶高速公路沙坪隧道出口跨岷江大桥,受隧道出口段高陡边坡危岩影响,严重危害桥面及行车安全,需要对沙坪大桥桥面进行滚石灾害防护。提出了一种新型柔性轻钢结构滚石防护棚洞,它由钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网以及拱圈支座金属耗能器、拱圈橡胶垫层共同组成,通过动力有限元计算与模拟进行结构优化,确保给定滚石冲击能量下拱圈支座响应力小于桥面T型梁翼缘板的抗冲切强度,在此基础上进行了新型柔性滚石防护棚洞结构设计并付诸实施,目前工程已经竣工验收并投入使用,对确保都汶高速公路顺利通车和行车安全发挥了积极作用。     

船舶撞击桥梁后的结构损伤分析

船只对桥墩的冲撞使桥梁结构产生的变形与损伤,可以通过能量守恒、有限元数值仿真分析碰撞过程的受力状态.以一艘小型船只与某长江大桥桥梁碰撞为例,计算较轻微的船体碰撞后,冲撞对桥梁产生的作用力、船身破损区的变形与损伤,讨论了小船舶长年的大量撞击和累积对桥梁结构安全造成的隐患.     

多跨度石拱桥结构仿真分析研究

应用三维有限元程序对某一多跨度石拱桥整体结构进行了动静力仿真分析.研究结果表明,多跨度石拱桥作为一个整体,其自振频率较为密集,桥梁具有足够的安全裕量.计算结果符合实际,可作为其他石拱桥设计时参考.     

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区长度的影响

采用弹塑性纤维单元模型对某连续梁桥桥墩及桩基进行了考虑桩一土动力相互作用的非线性地震反应分析,分析了不同类型地震波作用下桥墩及桩基的动力响应,重点研究了不同桩墩配筋率比对结构塑性区开展程度及动力响应的影响。结果表明：随着桩墩配筋率比的改变,桥墩和桩基的反应塑性率呈现出不同的变化趋势,桩墩配筋率比的大小对桥梁结构的塑性区开展有显著影响;桥墩的配筋率大小不仅对桥墩塑性区开展有显著影响,而且对桩基的影响较大;不同类型的地震波对群桩基础桥墩结构的动力响应影响不同,长周期地震波对结构的影响最大,内陆直下型地震波次之,板块边界型地震波最小。     

独柱墩连续梁桥横向减震分析简

独柱墩连续梁桥在城市中常被采用,为使其尽量少地影响地面交通,桥墩墩径应受到限制,桥梁横桥向支座间距减小,地震作用下其稳定性较差.本文应用MIDAS CIVIL有限元软件通过对桥梁上部结构、支座、下部结构的模拟,建立了动力模型.对桥梁采用不同支座进行动力时程分析,计算分析结果表明,在E2地震荷载作用下,铅芯橡胶支座能有效降低地震力对桥墩的横向受力影响.     

丹江口水库二桥考虑水作用时的地震反应分析

建立了丹江口水库二桥有限元模型，采用Morison修正公式将水对桥的影响转化为附加质量；对比了3种工况下桥梁的自振特性；利用时程分析法分别计算了横桥向及纵桥向地震反应，结果表明：对于高桩承台深水墩连续梁桥水的影响不可忽略。     

桥梁抗震2020年度研究进展

地震可能对桥梁结构产生巨大的破坏力,造成桥梁损伤,甚至垮塌。桥梁抗震一直是桥梁领域内的重要研究方向。本文归纳总结了2020年桥梁抗震领域的研究成果和发展趋势,主要包括：探索了用新型材料代替普通混凝土后墩柱的抗震性能;通过振动台实验和数值模拟,验证了摇摆隔震桥墩具有良好的抗震性能;采用碳纤维布护套加固墩柱可以显著提高墩柱的位移延性,减少残余位移;传统单肢转双肢薄壁高墩的抗震性能更好,主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,提高轴压比显著提高桥墩的延性性能;带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力;采用摩擦摆支座加限位耗能杆的减隔震体系,具有良好减隔震效果,内力减震率可达20%以上;研究了用新型无粘结钢网橡胶支座（USRB）代替桥梁中无粘结叠层橡胶支座（ULNR）的可靠性;通过数值模拟,探究了近场地震动和土结构相互作用对桥梁动力响应的影响。     

山区门架式高墩的空间静动力分析

高桥墩在静、动力作用下的响应非常特殊,因此需要单独对其进行分析.本文针对高墩梁桥编制了静、动力计算分析程序,并对一个典型的门架式高墩进行了空间静动力分析,并通过计算分析和比较,得出了门架式高墩在静动力作用下的一些结论.     

LRB曲线桥震致碰撞效应的非线性分析方法

发展了一种适用于体元模拟联间轴向正面碰撞效应的束缚面型碰撞单元（Constraint-sur-face Impact Element,CIE）;基于柔度法给出了不同以往文献中碰撞单元刚度的计算取值,该取值不仅理论合理且在物理角度可解释其合理性。将该方法应用于广州潮汕机场航站楼高架桥的震致碰撞分析。箱梁采用壳单元模拟,伸缩缝位置设有CIE,桥墩与箱梁间设置隔震单元模拟铅芯橡胶隔振支座（Lead-rubber Bearing,LRB）,采用通过试验得到的双线性刚度模型模拟其物理行为。采用非线性直接积分法进行时程分析,主要考察联间的碰撞力、LRB滞回耗能、LRB位移量、基底弯矩、剪力以及碰撞力分别对这些因素的影响。     

基于振动响应机理的轴承故障定量诊断及量化分析

为了解决轴承损伤尺寸难以诊断的问题,建立滚动轴承非线性振动的动力学模型,并通过解析法求解轴承4种不同大小的故障振动信号响应,根据故障轴承响应信号的双冲击时间间隔对轴承故障进行定量分析,分析结果表明了该定量分析方法的准确性.进而对多组不同故障大小的轴承数据进行统计学分析,建立了轴承外圈损伤程度区间.滚动轴承外圈实验结果验证了提出的基于故障机理的轴承故障定量诊断方法的有效性.     

高桥墩刚度对桥梁抗震特性的影响研究

针对3种不同桥墩型式研究了桥墩刚度变化对全桥抗震特性的影响,并通过工程实例进行分析比较,提出了桥梁高墩在选择上应注意的问题。     

基于钢筋锈蚀的RC桥墩抗震性能

为研究氯离子侵蚀效应引起的钢筋锈蚀对在役桥墩抗震性能的影响,以圆柱形桥墩为例,通过概率方法确定钢筋初始锈蚀时间、锈蚀速率,进而建立钢筋直径及屈服强度的退化模型;采用ABAQUS软件建立非线性动力分析模型,针对单方面考虑纵筋锈蚀或箍筋锈蚀以及同时考虑两者锈蚀3种情况,分析材料劣化引起桥墩抗震性能的变化。结果表明:同时考虑箍筋、纵筋锈蚀比只考虑纵筋锈蚀时桥墩的抗震性能退化明显;纵筋锈蚀严重影响钢筋混凝土桥墩的抗弯性能;箍筋锈蚀严重影响RC(reinforced concrete)桥墩的延性性能。