我國西部山區(qū)地形復雜,存在諸多高陡邊坡,因此落石災害時有發(fā)生,已嚴重威脅公路交通安全及人民生命安全。棚洞結構在落石災害防治中起到了重要作用,但落石沖擊棚洞的動力響應過程十分復雜,尤其是落石與棚洞的瞬態(tài)接觸過程,然而目前國內(nèi)外學者對于落石沖擊問題的研究仍不夠完善。為深入研究落石沖擊下棚洞結構的動力響應特征,通過建立相應的ANSYS/LS-DYNA有限元模型,分別對落石質(zhì)量、落石形狀、落石下落高度及落石沖擊角度4種不同工況下的棚洞結構動力響應過程進行了模擬研究。對不同工況下的沖擊力時程曲線、沖擊深度時程曲線和Mises等效動應力時程曲線等模擬結果進行了分析。結果表明:沖擊力、沖擊深度、棚頂Mises等效動應力與落石質(zhì)量、下落高度呈正相關;在法向方向上,沖擊力、沖擊深度與沖擊角度呈正相關,在切向方向上,45°時沖擊所產(chǎn)生的沖擊力最大,沖擊深度與沖擊角度呈負相關;長方體落石和立方體落石所產(chǎn)生的沖擊力和棚頂Mises等效動應力大于球體落石,而沖擊深度小于球體落石。

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【部分圖文】：

圖11墊層底部應力隨墊層厚度變化曲線

程學報2018年復合墊層的底面最大壓應力分別為0.21MPa、0.21MPa、0.23MPa、0.27MPa、0.32MPa和0.42MPa。與全砂墊層相比，復合墊層底面的最大壓應力均是減小的，但是復合墊層底面最大壓應力值隨著EPS厚度的增加反而增大。這主要是因為砂墊層的剛度遠大....

圖1試驗模型及有限元模型

建立相應的有限元模型見圖1(b),墊層四周設置位移約束、角柱底部設置全約束。1.2材料參數(shù)

圖2落石最大沖擊力對比

綜上所述,通過與試驗數(shù)據(jù)及代表性沖擊力計算方法對比分析,可以驗證本研究數(shù)值模型的合理性和計算結果的準確性。3落石沖擊棚洞結構的動力響應

圖3沖擊力時程曲線

不同落石質(zhì)量對沖擊力時程曲線的影響情況如圖3所示。該時程曲線具有相似的形狀,呈脈沖狀變化。沖擊力在落石發(fā)生碰撞瞬間急劇增大達到最大值,隨后快速減小,在產(chǎn)生一次振蕩后減小為0。隨著落石質(zhì)量的增加,最大沖擊力從111.19kN增至638.52kN,沖擊時間從0.021s增至0.....

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