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公路边坡被动柔性防护系统立柱性能的数值模拟研究
| 论文题名： | 公路边坡被动柔性防护系统立柱性能的数值模拟研究 |
| 关键词： | 公路边坡;被动柔性防护系统;钢柱截面形式;防撞能力 |
| 摘要： | 被动防护系统技术常应用于防治边坡崩塌落石自然灾害，国内外发生的边坡自然灾害频发不断，被动柔性防护系统中钢柱常常受到巨大外力而发生扭曲或弯曲，甚至钢柱直接受到落石的碰撞破坏而导致被动防护系统直接破坏。为此钢柱的力学性能和受冲击性能好坏直接决定了边坡被动柔性防护系统是否能够很好起到作用。 本文主要采用有限元软件ABAQUS/CAE对不同截面钢柱建立静力学模型和使用ABAQUS/Explicit对不同截面钢柱受到落石冲击建立非线性动力学模型，并对其进行数值模拟分析，选出的最佳截面形式进行防撞能级标准制定，主要研究成果如下: (1)通过使用ABAQUS/Standard模块对不同截面钢柱进行静力学模型建立，普通工字钢柱的位移最大值和应力最大值均高出中空方形钢柱、中空八边形钢柱、中空十六边形钢柱、中空圆形钢柱多倍;五种截面钢柱当中，普通工字钢柱在受到一对力偶的作用下扭转切应力是最大;当正多边形的边数增加的时候截面扭转切应力呈现出减小的趋势;当截面为中空圆形钢柱的时候扭转切应力最大值达到最小;表明中空圆形钢柱截面在抗扭变形能力上是五种截面中效果最好。 (2)确定落石的运动方式主要分为五类，落石飞落、落石滑落、碰撞弹跳、滚动及落石飞落跳跃，根据落石运动的计算方式将五类不同的运动落石归纳为三种方法;推导出本文模型中边坡落石下落高度H0与钢柱碰撞前速度V0关系式。 (3)在ABAQUS/Explicit建立的非线性动力学模型中:在落石不同速度下，中空方形钢柱、中空圆形钢柱和普通工字钢柱三种类型钢柱中，中空方形钢柱最早达到极限强度，不太适合作为边坡防护系统立柱;通过应力、位移和能量情况分析，得出普通工字钢柱、中空方形钢柱和中空圆形钢柱三种钢柱中，中空圆形钢柱抵抗变形能力比普通工字钢柱和中空方形钢柱的能力更强。 (4)在ABAQUS/Explicit建立的非线性动力学模型中:在落石不同质量下，随着落石半径的增加中空圆形钢柱最大应力值也在不断增加，中空圆形钢柱在受到落石碰撞后保持原有形状的能力较普通工字钢柱和中空方形钢柱更好;中空圆形钢柱一直处于正轴弯曲，未发生侧向的屈曲失稳，较工字钢具有更好的侧向稳定性;通过应力、位移和能量情况分析，得出中空圆形钢柱相对于普通工字钢柱和中空方形钢柱有较好的抵抗外界碰撞的能力，更适合作为边坡防护系统立柱。 (5)根据钢结构和圆形钢柱相关规范，制定出六种不同尺寸型号的中空圆形钢柱防撞能级标准。 |
| 作者： | 陈良锐 |
| 专业： | 交通运输工程；道路与铁道工程 |
| 导师： | 凌天清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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