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不同冲击应变率下车辆-桥墩碰撞动力响应与损伤评估
| 论文题名： | 不同冲击应变率下车辆-桥墩碰撞动力响应与损伤评估 |
| 关键词： | 车辆-混凝土桥墩碰撞;数值模拟;冲击应变率;撞击力;损伤评估 |
| 摘要： | 近年来，随着我国经济快速发展，对交通运输需求量日益增大，大量修建公路立交桥等跨线结构成为缓解路面交通压力的重要途径。但受车辆超载超限、路政管理不健全、驾驶失误等因素的影响，车辆撞击桥梁事故屡屡发生，造成巨大的经济损失和社会影响。为此本文运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，在不同冲击应变率下HJC损伤模型适用性验证的基础上，建立了车辆-混凝土桥墩碰撞有限元模型，对不同撞击质量和速度下车辆-混凝土桥墩碰撞动力响应和桥墩损伤评估开展研究，建立了考虑应变率效应的撞击力和损伤因子数学模型。主要研究工作如下： （1）基于LS-DYNA软件，建立了钢筋混凝土梁落锤冲击试验模型，探讨了落锤低速冲击下撞击力时程与位移时程，通过与试验结果对比，验证了HJC损伤模型在低应变率冲击下的适用性；依托建立的SHPB冲击压缩试验模型，通过实测波形和计算波形对比，探讨了HJC损伤模型在中高应变率冲击下的适用性。 （2）建立了福特F800车辆实体有限元模型，通过与实车碰撞试验下的撞击力、位移以及车辆损伤状态对比，验证了车辆模型的有效性。在此基础上，结合验证后的HJC损伤模型，建立了车辆-混凝土桥墩碰撞有限元模型，通过能量法验证了分析模型在不同冲击应变率下的适用性。 （3）基于建立的车辆-混凝土桥墩碰撞有限元模型，开展不同车辆撞击速度和撞击质量下的车辆-混凝土桥墩碰撞数值模拟，探讨了不同撞击工况下撞击力时程和位移时程的响应规律，结果表明桥墩撞击力与撞击动能和冲击应变率效应相关。在此基础上，建立了考虑冲击应变率效应的撞击动能与撞击力的数学表达式，并与欧洲车辆撞击力计算公式进行对比，结果表明欧洲公式在一定程度低估了撞击力。 （4）通过引入截面损伤因子，结合破坏状态的描述，建立了桥墩在车辆撞击之后的评估损伤指标和体系。在此基础上，分析了不同撞击工况下的桥墩损伤状态，结果表明截面损伤程度大体随撞击动能和冲击应变率的增大而加剧。通过数值回归分析，进一步建立了考虑冲击应变率和撞击动能双重效应的损伤因子数学模型，可为车辆-混凝土桥墩碰撞后损伤状态的快速评估提供参考。 |
| 作者： | 万超 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 任亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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