被动柔性防护网结构的累计抗冲击性能研究

针对被动柔性防护网在实际工程中承受累计冲击的现状,开展标称能级为1 500 kJ的防护网结构足尺落石试验,在无修复状态下进行连续累加冲击;基于LS-DYNA的显式算法,对试验进行全过程模拟;进而采用数值分析开展标称能级为750,3 000和5 000 kJ系统的累计冲击模拟。结合试验与数值仿真研究累计冲击作用下,结构的传力机制、变形特征、耗能分布。结果表明:中跨已成功拦截1 500 kJ落石冲击的被动柔性防护网,仍具有继续承受左跨750 kJ、右跨750 kJ和中跨1 500 kJ共4次连续冲击能力。系统的冲击力学行为具有明显的三阶段特征,随着累计冲击的开展,系统的主要耗能由第二阶段转换为第三阶段;减压环的耗能比例降低,网片的耗能比例提高;结合各工况的性能曲线,建立系统的能量储备系数与各阶段能量比例的相关计算公式,采用该公式可对系统的能量储备进行预估,研究结果为被动柔性防护网结构的设计提供理论基础。     

基于能量分析的落石对棚洞垫层冲击力学研究

基于能量分析的方法研究了落石对棚洞垫层的冲击力学行为。考虑缓冲垫层弹塑性对落石冲击过程的影响,研究了冲击过程中的成坑变形所需能量、垫层与落石之间相互摩擦所产生的内能以及棚洞自身耗能的影响,根据动能定理得到了冲击深度以及冲击压力的计算表达式;同时将本方法同已有的计算方法进行了对比分析。研究结果表明:用于成坑变形所消耗的能量占总能量比重最大,其值约为总冲击能量的50%;垫层与落石之间由于摩擦所产生的内能占比次之,其值约为30%并且随着冲击能量的增大而下降;棚洞结构自身耗能约占总能量的20%并随着冲击能量的增加而不断减少;在考虑了摩擦耗能以及结构自身耗能的影响之后,对落石冲击压力的计算结果同半理论半经验的日本道路公团方法以及基于实验数据的瑞士方法较为接近。     

基于黏弹性接触的落石冲击混凝土棚洞板力学特性理论研究

混凝土棚洞板是防治落石的主要承灾体，现有研究中多将棚洞板简化为梁或薄板单元，以弹性或弹塑性接触理论为基础开展研究，往往低估棚洞板的抗冲击性能。为此，考虑落石与棚洞板接触过程中的阻尼特点，引入等效黏弹性接触理论，将棚洞板视为正交各向异性板，构建落石冲击棚洞板的力学模型，得到落石冲击棚洞板的动力控制方程，根据落石位移、速度和加速度不同组合初始条件，采用微分方程求解法，推导得到落石冲击棚洞板各特征参量的多种理论解，为验证理论求解的正确性，与数值计算结果进行了对比分析。研究表明：线弹性解只能近似描述落石冲击过程，求解得到的落石各特征参量时程曲线是近似对称的两阶段曲线；而以黏弹性接触模型为基础，速度和加速度组合条件下的落石冲击参量理论解和数值解更相近，能够综合考虑落石冲击棚洞板过程中棚洞板受荷变形以及落石的能量损失，更符合实际工程；落石参数敏感性分析表明，落石最大冲击力、达到最大冲击力的时间以及冲击作用时间和落石质量呈正比，随着落石质量的增大，落石冲击参量显著增加，对棚洞板的损伤更大；对比试验结果以及多种理论计算结果可以得到：所得到的落石冲击力时程规律和试验相接近，而且该理论解给出了直接的函数表...     

滚石冲击下新型组合棚洞结构的动力响应分析

棚洞结构是防止滚石灾害的有效措施之一,传统意义上的钢筋混凝土棚洞结构已经不能更好地解决这一问题。因此提出了一种以索网和钢桁架组合而成的新型组合棚洞结构的方法来阻拦滚石冲击。本结构中钢拱梁及格构柱为主要传力构件,主要承受拉力、压力、弯矩,而钢丝网及下部索网为主要的耗能构件,具有很大的变形能力,能够吸收滚石的冲击能。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对该结构进行数值模拟,从加速度响应、能量耗散、应力传递三方面进行了动力分析,研究了滚石冲击对棚洞结构破坏的影响,为新型组合棚洞结构的设计提供了理论依据。     

高陡边坡引导式落石防护网系统原位冲击试验

针对高陡边坡落石防护，提出了一种引导式落石防护网系统技术。通过落石运动路径全历程的动能特征分析，建立了系统的主动耗能控制方程，明确了防护系统的耗能控制原理，提出了防护技术措施，构建了引导式落石防护网系统的结构模型。设计了防护能量为2500kJ的足尺引导式柔性防护网系统模型，开展了场地冲击试验，系统试验模型铺设于破碎岩体发育的高陡坡面，铺设宽130m，高82m，纵坡约60°。考虑有、无防护系统，开展了6个落石冲击试验工况，对落石轨迹特征、冲击动能进行了对比分析。研究发现，与落石自然滚落相比，设置引导防护系统后，落石沿坡面的运动时间延长超80%，落石的碰撞次数增加约5倍，弹跳高度降幅超80%，横向偏移量降幅超50%，触底动能和坡底逸出距离均减少约65%，综合耗能比例高达89%，新系统实现了对落石崩塌灾害的“拦截 压制 引导”综合控制。     

活塞杆点支式柔性缓冲系统冲击力学行为

针对公路、铁路沿线棚洞结构的落石防护问题,提出了活塞杆点支式柔性缓冲系统,该系统支撑于棚洞结构顶部,由缓冲器、环形网、支撑绳、活塞杆组成,对棚洞结构起缓冲防护作用。为研究缓冲系统冲击力学行为,设计了子结构模型,开展了25kJ能量冲击试验,结合动力非线性分析,研究了子结构模型的冲击变形、传力途径、内力响应以及缓冲消能特性。研究表明：活塞杆点支式柔性缓冲系统可有效实现落石防护,系统具有松弛变位、顶紧压缩、回弹释放三阶段变形特征,可实现缓冲、自复位及落石的可引导弹出;与普通钢压杆支撑模型相比,子结构模型的冲击力作用持时延缓67%,冲击力峰值降幅达30%;在相同冲击能量下,与砂土缓冲垫层和EPS缓冲垫层的冲击力相比,子结构模型冲击力峰值降幅分别达到69%和61%。最后,通过弹簧刚度参数分析,拟合得到子结构模型的性能曲线及其P-s相关方程。     

落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构的动力系数研究

以钢筋混凝土棚洞为原型,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,考虑在不同能量的落石冲击不同位置的情况下,分析了钢筋混凝土棚洞的动静力响应及其冲击动力系数,得到了弹塑性状态下棚洞冲击动力系数的变化规律。据此,棚洞结构的动力冲击设计可转化为落石的静力荷载作用下的设计,即通过钢筋混凝土棚洞结构在落石静力荷载作用下的最大响应乘以考虑了能量因素的冲击动力系数可以确定落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构最大动力响应。     

基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析

以某在建项目为背景,基于LS-DYNA建立了数值计算模型,模拟了落石冲击棚洞结构的全过程,揭示了EPS缓冲材料缓冲耗能作用,结果表明:EPS垫层棚洞较传统砂垫层棚洞抗落石冲击性能有一定提高,能广泛应用于实际工程中。     

传统棚洞与柔性棚洞应用研究综述

目前,落石灾害已成为威胁道路和桥梁等基础设施的主要灾害。结合落石运动特点,综述了传统钢筋混凝土棚洞和柔性钢棚洞在落石防护方面的应用及研究现状、基本构成、传力机理等,并结合各自的优缺点及存在问题,探讨了今后的发展趋势。     

落石动量参数对被动柔性防护网的影响研究

被动柔性防护网是公路和铁路沿线防护落石灾害的一种常用装置,为研究落石动量参数对被动柔性防护网的影响,文章以常用的RX-500型被动防护网为原型,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件对具有相同尺寸、相同动能和不同动量的落石冲击被动柔性防护网的受力性能和能量耗能规律进行研究。结果表明:落石动量参数对落石能量耗散时间影响很大,落石动量越大,落石能量耗散的时间越长,落石冲击时间可延长21.34%;落石对被动柔性防护网的受力性能和各构件的耗能占比影响较小。     

地下工程口部防落石拖挂网的试验和数值分析

地下工程的口部易受到崩塌、落石灾害威胁,一般可通过落石防护网进行防护。防落石拖挂网是一种新型的落石防护网,其“因势利导,以柔克刚”的结构形式可以有效降低结构内力峰值,减少建设和维护成本。为了探索防落石拖挂网在落石冲击下的变形模式和结构内的荷载传递规律,通过模型试验对防落石拖挂网的防护性能进行研究。研究发现,未布置拖挂网时落石直接飞跃到试验边坡底部,布置拖挂网后落石飞行高度明显降低,达到了控制落石运动轨迹的目的。根据模型试验构建了防落石拖挂网的数值计算模型,并从防护网形态、落石运动轨迹和落石出射速率等方面与试验进行了对比验证,为下一步防落石拖挂网的耗能机理和传载规律研究奠定了基础。     

模块化装配式钢框架抗震性能研究

针对国内外工业化装配式高层钢结构体系的研究不足,为多高层装配式钢框架结构体系的研发与设计提供依据,利用有限元软件ANSYS 14.0对取自装配式实际工程中的单榀两层单跨钢框架进行静力及拟静力分析;研究框架在低周反复荷载作用下的耗能能力及延性性能,分析框架的承载能力及破坏机理。研究表明:装配式钢框架具有良好的变形性能,地震作用下,桁架梁端部弦杆形成塑性铰以消耗能量,装配式钢框架滞回曲线饱满表现出较好的塑性变形能力及耗能性能。     

Experimental study on the multi-impact resistance of a composite cushion composed of sand and geofoam

In the case of the rockfall hazards, multiple rockfall impacts usually occur. To improve the ductility and the multi-impact resistance ability of the rock-shed, geofoam is proposed to replace part of sand, forming a composite cushion. Two types of geofoam are selected in the paper, namely, expandable polyethylene (EPE) and expanded polystyrene (EPS). A systematic experimental study was conducted to compare the properties of EPE and EPS. The compression tests showed that EPE geofoam had better resilience than EPS geofoam. Under the laboratory multi-impact tests, the buffer performance of the sand-EPE composite cushion performed well under the multi-impacts. However, for the sand-EPS composite cushion, the buffer performance became poor with increased impact number. For the thicker geofoam, the buffer performance of the composite cushion changed slightly from the second impact to the fifth impact, especially for the EPE geofoam. Finally, large-scale rockfall experiments were carried out to further study the buffer performance of different cushions. Compared with EPS geofoam, EPE geofoam was more suitable for improving the capability of the composite cushion to resist multi-impacts, as well as to protect the rock-shed under multiple rockfall impacts.     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。     

钢板带加固砖填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究钢板带加固砖填充墙RC框架的抗震性能,设计了缩尺单层单跨的纯RC框架1个、砖填充墙RC框架1个以及钢板带加固砖填充墙RC框架2个,考虑砂浆强度的影响,并对钢板带施加一定的预应力。基于低周往复荷载试验,对比分析了不同类型框架的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和耗能能力。结果表明：钢板带加固砖填充墙RC框架可提高其承载力与耗能能力,但位移延性系数略有下降;钢板带加固基本不影响砖镇充墙RC框架的初始抗侧刚度,但是在层间位移角为1/100~1/50时,割线刚度可以提高24.6%~31.9%;螺栓孔对水平灰缝的削弱会影响填充墙的破坏形态;砂浆强度的提高会增加钢板带加固砖填充墙RC框架的初始抗侧刚度、峰值荷载与耗能能力。此外,提出了预应力钢板带加固砖填充墙RC框架的水平承载力计算方法,具有较好的预测精度。     

钢棒防屈曲支撑受力性能研究

研发了一种钢棒防屈曲支撑(简称SBBRB),使得钢棒不仅能承受拉力,也可承受压力,从而提高钢棒的受力性能。通过对SBBRB足尺试件进行低周往复加载试验,研究其受力性能、破坏形态和耗能能力,并对支撑的应变和位移历程进行了全过程监测;采用ABAQUS分析软件建立了钢棒防屈曲支撑的有限元模型,并对试验工况进行模拟。研究结果表明:通过将钢棒内置于钢管套筒内,可使钢棒能够承受压力,试验得到的SBBRB受压极限承载力是钢棒受压临界荷载计算值的10倍左右;合理设计的SBBRB的钢棒屈服段在受拉和受压状态下均能充分屈服而不会发生支撑构件的屈曲破坏,具有较好的延性以及稳定的累积滞回耗能特性,在破坏之前滞回曲线始终饱满和稳定;可以通过监测钢棒受力,预先采取措施,从而保证结构安全;ABAQUS有限元分析结果与SBBRB试件按照预定加载制度进行加载的试验滞回曲线吻合较好,可为后续相关研究提供参考。     

落物竖向冲击下PC装配式简支箱梁桥动力响应及损伤分析

为评估落物(重型货物、落石)竖向冲击下的桥梁工作性能,以跨径30 m的预应力混凝土装配式箱梁桥为对象,建立精细化结构模型并与足尺模型试验结果进行对比验证;采用显式动力分析方法对落物冲击多片式箱梁的动力响应和损伤发展过程进行分析,探讨了不同坠落冲击位置、冲击能量以及冲击角度等因素下桥梁的损伤特征和发展规律.结果表明:落物...