本文關鍵詞：滾石對空心薄壁高墩的撞擊效應研究

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【摘要】：山區(qū)橋梁因地質條件惡劣,時常受到各種地質災害的影響,特別是滾石撞擊對橋梁的安全構成了嚴重威脅。近年來己發(fā)生多次由于滾石撞擊造成的重大橋梁損傷事故,橋墩防滾石撞擊問題也引起了人們的重視。為了提高橋梁的抗?jié)L石撞擊的能力,本文以某山區(qū)橋梁空心薄壁高墩作為研究對象,仿真分析了滾石與橋墩碰撞的動態(tài)過程以及影響橋墩位移和撞擊力大小的幾個主要因素。本文通過采用ANSYS/LS-DYNA建立已有試驗的滾石撞擊墩柱模型,對滾石與橋墩碰撞過程進行驗證性數值模擬。根據已驗證的模型參數,建立西部山區(qū)空心薄壁高墩有限元模型,仿真分析滾石與橋墩碰撞的動態(tài)過程,獲得了橋墩在碰撞中的動力響應。并分析不同影響因素(滾石質量、滾石速度、撞擊位置、滾石與橋墩接觸面積)對橋墩的破壞情況、位移、撞擊力的影響。最后將本文模擬中得到的碰撞力與理論計算得到的碰撞力進行對比分析,對數值模擬結果進行評價。通過對滾石與空心薄壁高墩的撞擊效應進行數值仿真分析及理論分析,得到研究結論如下:(1)通過落石撞擊鋼筋混凝土墩柱試驗的驗證模擬得到通過合理取值采用數值模擬的方法可對鋼筋撞擊橋墩問題進行研究。(2)滾石與空心薄壁高墩的撞擊,橋墩的破壞以局部破壞為主,影響范圍基本在撞擊區(qū)域局部。(3)隨著滾石質量、滾石速度的增加,橋墩變形由結構的整體彎曲變形逐漸過渡為碰撞區(qū)域局部破壞變形;滾石作用位置對撞擊力影響較小,但對墩頂位移有較大影響;在滾石與橋墩的撞擊中滾石與橋墩接觸面積對撞擊力有較大影響,不能將滾石簡化為質點。(4)數值模擬結果與理論計算結果對比分析得到,數值模擬的撞擊力與理論計算的撞擊力走勢一致,撞擊力與滾石速度增長均基本呈線性增加,但增率不同。
【關鍵詞】：滾石 空心薄壁高墩 碰撞 數值仿真 破壞情況 位移 撞擊力
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U441
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究目的及意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-16
• 1.2.1 船舶撞擊橋梁11-13
• 1.2.2 滾石與路基、隧道棚洞的碰撞13-14
• 1.2.3 滾石與橋梁碰撞14-15
• 1.2.4 文獻分析15-16
• 1.3 本文主要研究內容16
• 1.4 研究方法及技術路線16-18
• 2 碰撞沖擊動力學計算的有限元方法18-25
• 2.1 碰撞沖擊動力學問題與靜態(tài)分析的區(qū)別18-19
• 2.2 顯式中心差分算法19-20
• 2.3 計算中沙漏的控制20-21
• 2.4 計算中應注意的問題21-24
• 2.4.1 材料應變率敏感性21-22
• 2.4.2 網格劃分22-24
• 2.5 本章小結24-25
• 3 滾石撞擊橋墩模型驗證25-40
• 3.1 驗證模型原型25-26
• 3.2 驗證有限元模型建立26-34
• 3.2.1 混凝土27-31
• 3.2.2 鋼筋31-33
• 3.2.3 滾石33
• 3.2.4 鋼筋和混凝土粘結方法33-34
• 3.2.5 撞擊接觸設置34
• 3.2.6 結果評判標準34
• 3.3 模型驗證34-39
• 3.3.1 混凝土失效參數設置36
• 3.3.2 模型驗證評價36-39
• 3.4 本章小結39-40
• 4 滾石與空心薄壁高墩撞擊效應40-73
• 4.1 橋墩簡介40-42
• 4.2 有限元模型42-45
• 4.3 分析工況45
• 4.4 橋墩應力損傷分析45-49
• 4.5 滾石質量影響49-56
• 4.5.1 破壞情況分析50-53
• 4.5.2 位移分析53-55
• 4.5.3 撞擊力分析55-56
• 4.6 滾石速度影響56-61
• 4.6.1 破壞情況分析57-59
• 4.6.2 位移分析59-60
• 4.6.3 撞擊力分析60-61
• 4.7 作用位置影響61-65
• 4.7.1 破壞情況分析61-63
• 4.7.2 位移分析63-64
• 4.7.3 撞擊力分析64-65
• 4.8 撞擊接觸面積影響65-69
• 4.8.1 破壞情況分析66-67
• 4.8.2 位移分析67-68
• 4.8.3 撞擊力分析68-69
• 4.9 四種影響因素對比69-71
• 4.9.1 墩頂位移分析70
• 4.9.2 撞擊力分析70-71
• 4.10 本章小結71-73
• 5 滾石與橋墩碰撞撞擊力取值73-84
• 5.1 滾石碰撞計算理論73-76
• 5.1.1 Hertz碰撞理論73-74
• 5.1.2 能量守恒原理74-75
• 5.1.3 沖量定理理論75-76
• 5.2 滾石與橋墩碰撞撞擊力計算方法76-81
• 5.2.1 基于能量守恒原理的滾石沖擊力簡化計算方法76-77
• 5.2.2 基于Hertz理論與能力守恒原理的沖擊力計算方法77-79
• 5.2.3 基于沖量定理的沖擊力計算方法79-81
• 5.3 碰撞力取值對比81-83
• 5.4 本章小結83-84
• 結論與展望84-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-92
• 攻讀學位期間發(fā)表學術論文及參與科研項目92

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本文編號：916189