基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析

作     者：周继云 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李振环

授予年度：2011年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：滚石冲击 棚洞板 薄壁圆柱壳屈曲 吸能 

摘      要：我国西部山区是地质灾害多发的地区,由地震、滑坡、泥石流等地质灾害引发的山体崩塌、滚石抛落的灾害时常发生,造成的桥墩砸断、公路瘫痪事故日益突出,因而对滚石灾害进行防护研究有着非常重要的工程意义。 棚洞板防护结构,凭借低廉的成本和较好的力学性能被广泛用于滚石灾害防护。Tonello ***在2001年提出了新型棚洞板耗能器结构-SDR ( Structurally Dissipating Rock-sheds),它由钢筋混凝土板(不覆盖缓冲垫层)和支撑混凝土板的圆柱壳吸能支座组成。 金属薄壁结构,凭借其价格低廉,良好的吸能性能和稳定性,在高速冲击碰撞中广泛被用作吸能构件。随着对圆柱壳的研究的成熟,学者们相继对方形、十字形等其他截面形式的薄壁结构以及层合圆柱壳,内填充泡沫等组合结构展开了研究。 本文以显式有限元理论(Explicit FEM)为基础,基于大型显式有限元程序LS-DYNA,对圆柱壳在冲击载荷下的屈曲变形和吸能关系进行了研究,在此基础上,对滚石冲击下的SDR结构进行多工况的三维参数化数值研究。计算结果表明: 1、相同长度、相同壁厚下,周长相等的十字形管和方形管的压溃力峰值大于方形内接圆形管;十字形管和方形管的压溃力平均值小于内接圆形管,相同质量下圆管吸能效果更好。 2、圆柱壳的屈曲模式决定了其吸能特性,圆柱壳的长径比、径厚比对其屈曲模式有着很大的影响。此外,圆柱壳的能量吸收值与材料的屈服应力成正比。 3、滚石正向冲击和斜向冲击中,当圆柱壳耗能器组数空间排布从四组增加至五组,混凝土板耗散的能量以及损伤程度均降低。 4、增加圆柱壳耗能器的壁厚可以提升棚洞板结构的耗能减震效果,当四组圆柱壳耗能器的壁厚增加为8mm,五组圆柱壳耗能器的壁厚增加至7mm以后,再增加壁厚对耗能减震效果的提升不显著。 5、双层圆柱壳结构的耗能器能够吸收更多的能量,内填充泡沫铝的圆柱壳在SDR结构中吸能作用不明显。