基于冲量定理的滚石对构筑物冲击力计算方法

 滚石灾害在工程施工过程中对施工人员、设备和构筑物具有较大的威胁,因此研究滚石的运动特性及其冲击力显得非常重要。基于刚体运动学原理建立滚石运动特性的计算方法,通过与数值仿真结果对比来验证其合理性,同时滚石的运动参数作为计算其对构筑物冲击力的基础参数。在考虑滚石自转的基础上,基于冲量定理提出滚石冲击力的计算方法,并结合弹性力学理论解决计算中的撞击时间难以确定的问题。利用提出的方法对长河坝环境边坡的滚石运动特性及冲击力进行分析,计算结果表明：滚石运动过程最大弹跳高度可达25 m、最大平动速度和转动速度分别可达到57 m/s及350 rad/s,滚石运动受地形影响较大。结合运动参数分析结果和冲击力计算模型确定滚石对不同部位构筑物的冲击力数值,冲击力计算结果为构筑物位置的选择及灾害防治提供了一定的参考。     

桥梁防护装置首段结构的改进研究

文章对原有桥梁防护装置首段结构进行改进,利用非线性动力学有限元软件MSC.Dytran对桥梁在船舶冲击荷载作用下的防护问题进行了数值仿真研究,建立了船桥碰撞有限元模型,分析了碰撞过程中碰撞力变化、能量转换及结构损伤变形情况,并对改进前与改进后的结构进行了比较。     

重型拖挂卡车撞击桥墩的数值仿真及碰撞力特征分析

车辆撞击桥梁事故中,车辆结构形式对碰撞事故后果的影响显著。基于有限元软件LS-DYNA建立了精细的集装箱卡车数值模型,并对重型卡车碰撞桥墩过程进行了数值模拟。通过与实车撞击实验中的车辆破坏形态进行对比,确认了本文数值模型的合理性。基于该集装箱卡车模型,本文研究了不同车辆参数对车辆碰撞力的影响,其中包括集装箱货物刚度、车辆与桥墩的偏心距以及车辆速度等因素。讨论了各个参数对碰撞力变化特征及碰撞力峰值的影响规律。     

滚石坡面碰撞破裂效应的试验研究EI北大核心CSCD

采用自主研发的滚石碰撞系统,试验研究滚石力学性质、碰撞速度、入射角度和滚石尺寸等因素耦合作用下的滚石坡面碰撞破裂机制,探讨碰撞破裂对滚石运动特征的影响。结果表明:滚石力学性质和碰撞速度是控制滚石碰撞破裂的主要因素,滚石力学性质越差,碰撞速度越大,滚石碰撞越破碎。滚石破裂存在法向速度阈值,随着力学性质的劣化,破裂法向速度阈值减小。碰撞入射角对滚石碰撞破裂及能量恢复系数影响较大;碰撞破裂不但会引起滚石总的能量恢复系数略有减小,而且会造成个别碎块具有较大速度,对防护结构构成不利影响。     

滚石坡面碰撞破裂效应的试验研究

采用自主研发的滚石碰撞系统,试验研究滚石力学性质、碰撞速度、入射角度和滚石尺寸等因素耦合作用下的滚石坡面碰撞破裂机制,探讨碰撞破裂对滚石运动特征的影响。结果表明:滚石力学性质和碰撞速度是控制滚石碰撞破裂的主要因素,滚石力学性质越差,碰撞速度越大,滚石碰撞越破碎。滚石破裂存在法向速度阈值,随着力学性质的劣化,破裂法向速度阈值减小。碰撞入射角对滚石碰撞破裂及能量恢复系数影响较大;碰撞破裂不但会引起滚石总的能量恢复系数略有减小,而且会造成个别碎块具有较大速度,对防护结构构成不利影响。     

不同质量超高车辆碰撞下的跨线桥动态响应分析

为研究桥梁在超高车辆撞击下的受力状态,深入研究车一桥的碰撞机理,采用了通用有限元程序abaqus对碰撞过程进行_『模拟分析。采用载有不同质量集装箱的重载汽车碰撞桥梁主梁,对不同情况下桥梁受力状态及损害情况进行了讨论。     

桥梁地震碰撞的三维撞击模型及非线性响应分析

为合理模拟地震时相邻桥梁间发生的碰撞响应,提出适用于桥梁多维碰撞响应分析的三维Kelvin接触-摩擦撞击模型,即将Kelvin-Voigt模型和库伦摩擦模型相结合,通过一个摩擦元件来模拟发生纵向碰撞后,接触点间的横向和竖向的相对摩擦作用,以真实地模拟结构接触位置的三维撞击行为。进而将该三维撞击模型引入所建立的结构精细化模拟分析平台FENAP中,与纤维梁柱单元模型良好结合,实现对桥梁的多维碰撞响应分析。通过对一钢筋混凝土连续梁桥在双向地震作用下的碰撞响应分析,结果表明:所提出的三维撞击模型能够模拟邻梁间的纵向和横向碰撞响应;纵向碰撞对刚度较大的桥梁影响较大,会增大墩底剪力和墩顶位移,加剧桥墩的塑性发展;横向碰撞对桥梁的碰撞响应影响较大,不可忽略。     

都汶公路彻底关大桥桥墩抗滚石冲击防护研究

都(江堰)-汶(川)公路是进出5?12汶川地震极重灾区的生命通道,横跨岷江两岸的彻底关大桥桥墩在5?12汶川地震中被左岸崩落的滚石击中而倒塌,经过恢复重建,新建彻底关大桥于2009年5月12日建成通车。2009年7月25日凌晨4：40左右,岷江右岸高位危岩发生大面积崩塌,巨石再次将彻底关大桥砸毁。经调查,岷江两岸山体存在多处危岩,极有可能再次发生滚石砸毁大桥的灾难性事件。为此,研发一种新型桥墩抗滚石冲击垫层结构,采用非线性有限元对桥墩受滚石撞击过程进行数值模拟研究,考虑滚石撞击过程中材料非线性、几何非线性和接触非线性以及桥墩中的横向箍筋和纵向钢筋的影响,结果表明所采用的垫层防护装置能够有效地缓冲滚石的冲击,大幅度提高桥墩抗滚石冲击的能力,按此思路设计的桥墩防护结构已经竣工3 a,运行效果良好。     

基于碰撞数值模拟下桥梁基础设计研究

随着交通运输业的快速发展,一些大型的桥梁也逐渐增多,与此同时,船舶吨位日益增大,航行的速度向着高速化方向发展,通过航道的船舶数量越来越多,在外部环境影响的情况下,会出现船舶撞击桥梁的事件。桥梁撞击以及对其的防护问题引起了社会各界的广泛关注。解决桥梁的撞击问题,就需要对其撞击数值进行分析,以此来建立具有防护装置的船桥撞击模型,对桥梁基础防护进行设计,做好桥梁的防护工作。本文就撞击数值模拟下的公路桥梁基础设计问题进行研究。     

基于船-桥碰撞接触时间的船撞力简化计算方法

通过数值模拟初步分析了不同吨位船舶撞击代表性桥梁工程的接触时间,根据船 桥碰撞动力学模型得出了船撞力和接触时间的理论解;分析了船舶质量、初始撞击速度、船艏刚度以及桥墩刚度等参数对碰撞接触时间的影响,拟合出碰撞接触时间的简化计算公式,并通过实际船 桥碰撞工程的数值模拟对简化计算公式进行了验证,从而修正了中国《公路桥涵设计通用规范》中关于漂浮物撞击桥梁的碰撞接触时间的定义;基于冲量定理分析了船 桥碰撞接触时间与峰值船撞力的关系,研究了船撞力时程曲线与正弦波和三角波的关系,并与数值模拟结果进行了对比分析,建立了峰值船撞力简化计算公式。结果表明:船 桥碰撞接触时间与船舶质量和接触刚度有关;峰值撞击力计算值与数值模拟结果吻合较好。     

高速公路防撞护栏受撞击下行为的数值模拟

为了更好地理解防撞栏杆在汽车撞击过程中的动态行为,为半刚性防撞护栏的设计提供参考数据.采用有限元方法对防撞护栏受撞击的过程进行数值分析模拟.通过网格的优化、模型的简化和一些参数的选择来缩短计算时间;通过讨论汽车与护栏的接触方式选择比较符合实际的接触模型;通过分析沙漏理论中的人工能来判断最后结果的可信度.最后计算分析出栏杆变形、碰撞系统能量变化即栏杆吸收能量的情况和碰撞过程中的车行方向变化.     

树木对滚石拦挡效应研究

 树木对滚石有显著的拦挡效应。在对滚石与树木碰撞概率理论分析的基础上,设计树木对滚石拦挡效应试验,对滚石与树木碰撞的概率、滚石与树木碰撞后运动距离和碰撞前后速度及动能的变化进行研究。得到滚石与单排树木碰撞的概率、与多排树木碰撞的概率、与树木至少发生k次碰撞概率和至少与树木碰撞k次所需树木排数的计算分析方法,并通过试验验证其准确性;分析滚石与树木碰撞后运动距离的变化,得到滚石与树木碰撞后和未碰撞相比,在平台运动距离降低80%～100%的占试验总数的44.86%,而超过20%的比例达到85.11%;提出滚石与树木每碰撞一次,碰撞后的速度为碰撞前的55%,动能为30%。在此基础上,得到树木作为危岩体被动防治措施时,所需树木排数的计算方法。所得成果可为将树木作为危岩体防治措施时确定树木排数提供依据,对坡面地质灾害的防治有实际意义。     

船舶撞击桥墩仿真模拟及桥墩防撞措施探讨

近年来桥梁受撞击垮塌事件频繁出现,引起了社会的广泛关注。笔者运用三维有限元模型,仿真描述船桥碰撞全过程,研究船桥碰撞效应,并介绍了几种常用的桥墩防撞措施。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

混凝土桥梁护栏的汽车碰撞有限元模拟及分析

从护栏与汽车的接触角度入手,用计算机仿真的方法系统研究混凝土桥梁护栏的汽车碰撞问题。以数值分析软件LS-DYNA为平台,构建了护栏–汽车的有限元模型,模拟再现混凝土护栏的汽车碰撞过程,从碰撞形态、碰撞速度等角度分析有限元计算结果,通过改变不同的仿真参数(碰撞条件),研究碰撞中的汽车动态响应和护栏的碰撞特性。     

预应力箱型梁桥遭受超高车辆在不同位置撞击下的动态响应

随着城镇化的加快,超高车辆撞击城市预应力箱型桥梁上部结构的事故时有发生。因此,有必要对此类撞击事故的动态响应进行研究。运用LS-DYNA建立了精细化T型梁桥上部结构的三维分离式模型,与罐体模型进行碰撞分析。与相应试验结果进行了对比,验证了LS-DYNA模拟此类撞击的正确性。运用LS-DYNA建立了精细化预应力箱型梁桥上部结构的三维分离式模型,分别建立了三种工况下车辆与桥梁上部结构碰撞的耦合模型,由计算结果可以看出三种工况下桥梁损伤的位置和状况大致相似,撞击位置距离支座越近,桥梁损伤就越严重。结果表明:撞击位置距离支座越近,碰撞力越大,撞击区域位移就越大。因此,超高车辆撞击预应力箱梁考虑最不利情况时,应研究车辆撞击桥梁支座处的破坏情况。     

自防眩高防撞等级中央分隔带桥梁护栏开发

提出一种自防眩高防撞等级中央分隔带桥梁护栏结构,并运用计算机仿真方法对其进行安全性能分析。结果表明自防眩高防撞等级中央分隔带桥梁护栏能够有效防护车辆,小客车碰撞后驶出角度为3.5°,大客车碰撞后驶出角度为4.3°,大货车碰撞后驶出角度为6.3°;小客车碰撞后重心加速度最大值为18.5g;大客车和大货车碰撞后护栏最大动态变形量均小于50mm,且大货车碰撞后护栏最大动态变形量为大客车碰撞后的1.48倍,说明相同碰撞能量下,大货车对护栏的破坏程度大于大客车。自防眩高防撞等级中央分隔带桥梁护栏各项指标均满足评价标准要求,防撞等级达到SAm级,并在依托工程中实施应用。     

新型柔性限高架影响参数分析及试验

本文针对所研发的新型柔性限高架,基于冲击动力学原理,建立了新型柔性限高架的动力仿真模型,分析了限高架横梁壁厚、弹簧铰支座的弹簧刚度、车辆质量、撞击速度、撞击位置等因素对撞击过程的影响。提出了合理的限高架设计参数,并进行构件试验和实车碰撞试验,验证了新型柔性限高架在实际工程中的应用效果。仿真结果表明：限高架横梁厚度为12 mm,弹簧刚度为100 kN/m, 4.8级M20普通螺栓时最为合适,此时限高架对车辆的撞击力反力较小,且较为经济。碰撞试验结果表明：车辆与柔性限高架发生碰撞后,车速显著减小,但车辆碎裂区域和压缩变形较小,能保障驾乘人员安全;限高架横梁断开后避免了整体倒塌,不会影响路面交通。     

撞击速度对船桥碰撞作用的影响

船桥碰撞不仅会使桥梁结构受到损伤,同时桥梁的使用寿命和安全性能、抗震性能都会受到极大影响,通常还会造成严重的财产损失和人员伤亡等重大后果。因此对船桥碰撞作用的影响因素研究尤为重要。文章以某圆端形桥墩和驳船为例,利用有限元软件ANSYS、LS-DYNA和LS-PREPOST进行建模、计算和结果处理,通过分析不同撞击速度下船舶撞击桥墩的撞击力、应力和位移等结果,发现在碰撞过程中,随撞击速度的增大,撞击力升高的速度、最大撞击力、桥墩和船舶的应力和位移明显增大,甚至不止呈线性增加。因此,船舶通过跨海跨河大桥时应严格限速以保证桥梁和船舶安全。     

汽车撞击下钢筋混凝土框架的动态响应与破坏模式研究

为了研究汽车撞击下钢筋混凝土整体框架结构的动态响应、损伤机理及破坏模式,运用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA建立6层钢筋混凝土框架结构模型,并对不同车速撞击下汽车与钢筋混凝土框架角柱和边中柱的破坏过程进行仿真模拟。结果表明:汽车撞击角柱和边中柱的损伤破坏过程相同;最大碰撞力与撞击速度呈线性关系;中国规范对汽车等效碰撞力的取值偏于不安全;在汽车的撞击作用下,被撞柱柱底发生弯剪破坏,柱顶发生剪切破坏,结构的动态反应具有局部性,只与被撞柱及周围相邻的构件有关。