桥墩车撞动力响应分析

作     者：Mey Met 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王贵春

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车桥碰撞 数值模拟 碰撞力峰值 等效静力 桥墩损伤 动力响应 

摘      要：车辆与桥墩发生碰撞会产生严重后果,因此,研究桥墩在车辆撞击下的动力响应是非常必要的。在本文的研究中,采用有限元技术分析钢筋混凝土桥墩受车辆撞击的动力响应。利用LS-PREPOST软件建立桥墩有限元模型,该软件使用界面友好,能够生成LS-DYNA输入文件,并以图形和文字的形式生成模拟结果。使用三个由乔治华盛顿大学开发的车辆模型研究桥墩受车辆撞击的动力响应,一个是简化的福特SUT模型(含有35,353的单元),另一个是雪佛兰C2500皮卡车模型(含有58,313的单元)和HGV重型卡车为车。主要工作和结论如下:(1)该模型桥墩底部与基础固结,在墩顶考虑两种约束情况,一个是固定约束,另一个是铰接。用文献[17]中的落锤试验结果验证了模型的正确性和所采用的材料本构关系的合理性。结果表明,选择合适的材料本构、碰撞接触算法和网格划分尺寸可以准确地模拟桥梁结构的响应特征。(2)为了比较分析不同工况下桥墩受车辆撞击的动力响应,考虑了多种工况。对于上端铰接的情况,为了考虑上部结构的影响,分别施加了5%和10%的轴向抗压荷载P。P是根据AASHTO-LRFD规范(第9版)计算的。车辆的撞击速度分别为60 km/h,80km/h和100 km/h,车重为8t,10t和12t。结果表明,对于不同的边界条件,计算结果相差很大。不考虑端部轴向压力的影响,响应结果偏小,据此设计的桥墩安全性较低。用隐式静态动力松弛法对结构施加初始应力。如果不考虑初始应力的影响,响应结果偏小,据此设计的桥墩安全性较低。(3)对车辆和桥墩进行了参数分析。车辆参数包括卡车货物刚度、撞击偏心和车辆类型。桥墩参数包括墩径、墩高、截面形状、纵向配筋率和箍筋间距。结果表明:1)由货物刚度引起的撞击力局部峰值受撞击速度影响。当撞击速度等于80km/h时,增加货物刚度不会引起撞击力局部峰值显著增加。但是,当撞击速度达到100km/h时,由货物刚度和车重增加引起的撞击力局部峰值变得显著,且车重增加的作用更大。2)每种车辆撞击偏心对撞击力的影响是不同的,因为在不同偏心条件下撞击效果不同。3)C2500皮卡车、F800卡车和HGV重型卡车对桥墩动力响应的影响是不同的,并且随着随着撞击速度的增加,这种差异更明显。4)墩径直接影响墩的承载能力。降低墩高、增加桥墩纵向配筋率及缩小箍筋间距可改善桥墩的承载能力。此外,方形和圆形截面墩在撞击后的失效方式是类似的,剪切破坏主要在撞击位置发生。