墩顶水平冲击作用下承插式桥墩动力响应研究

作     者：杨孟刚 李滨宏 孟栋梁 YANG Menggang;LI Binhong;MENG Dongliang

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2023年第20卷第11期

页      面：4221-4232页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52308224,52278232) 中国博士后创新人才支持计划(BX20230429) 中国博士后面上项目(2023M733970)。 

主　　题：承插式桥墩 墩顶水平冲击作用 试验研究 有限元模拟 动力响应 

摘      要：为研究墩顶水平冲击作用下承插式预制桥墩的动力行为,对一承插式构件进行冲击试验。基于ANSYS/LS-DYNA对冲击试验进行有限元模拟,并通过试验结果验证了有限元模型的精确性。在此基础上,通过数值模拟的方法分析冲击作用下承插式桥墩的内力(剪力和弯矩)变化规律和损伤机理,并探讨了冲击质量、冲击速度、承插深度以及接缝强度对桥墩动力响应的影响。结果表明:在初始接触阶段,桥墩的截面剪力和弯矩时程曲线出现明显振荡;相较于墩身顶部,墩身底部截面剪力和弯矩响应峰值出现具有滞后性。在墩顶位移峰值时刻,构件内力分布规律与在静载作用下的结果类似,即剪力沿墩身(不包含桥墩承插部分)呈矩形分布,弯矩近似呈三角形分布;在冲击荷载作用下,承插式桥墩的最大弯矩出现于墩身底部,而最大剪力截面位于桥墩承插段,构件的损伤主要表现为墩身底部的弯曲损伤和承插段的弯剪损伤。随冲击质量和冲击速度的增加,冲击力、构件的剪力、弯矩和塑性变形响应均有所增大;相比冲击质量而言,冲击速度对冲击力峰值的影响更为显著。增加承插深度以及接缝强度可提高构件刚度,从而减小桥墩的水平位移,但会增大构件弯矩响应。研究成果可为承插式桥墩的抗冲击设计提供参考。