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原文传递车辆撞击下RC桥墩的动态响应与概率需求分析

论文题名：	车辆撞击下RC桥墩的动态响应与概率需求分析
关键词：	钢筋混凝土桥墩;车辆撞击;动态响应;概率需求分析
摘要：	近些年来，世界经济的持续发展带动了基础设施的建设需求，钢筋混凝土（RC）结构由于其具有良好的稳定性和实用性被广泛运用在实际工程中。在这样的大环境下， RC结构虽然极大改善了人类的生活水平，但是它的安全性能特别是抗撞性能受到了越来越多人的关注。尤其是在桥梁结构中，桥墩柱除了受到上部结构的荷载作用外，还面临着各向侧向撞击作用。在过去的几十年里，桥墩被车辆撞击的事故屡见不鲜，科学家们针对车辆撞击桥墩的领域已经展开了大量的研究，然而已有研究中对于车辆撞击下RC桥墩的作用机理和动态响应分析仍并不深入。因此，本文主要通过试验、有限元分析和理论分析的方法对车辆撞击下RC桥墩的动态响应、简化分析方法和概率需求分析等方面进行了研究。主要研究成果及结论如下：　　（1）开展了足尺RC柱的滑道小车侧向撞击试验。针对课题组前期试验遗留的完好足尺RC桥墩柱，自主设计制作了滑道加速装置和刚性模型车对足尺RC柱进行了多次碰撞试验。试验获取了撞击力、RC柱的侧向位移和加速度、钢筋应变、小车加速度以及整个撞击过程中的影像数据等。通过对上述试验数据的分析，结果表明：桥墩在多次碰撞下逐步在撞击点上下出现水平弯曲裂缝以及撞击点以下的剪切斜裂缝，且最终剪切斜裂缝成为主裂缝。　　（2）建立了小车碰撞足尺RC柱的精细化有限元模型。为了真实模拟出多次碰撞下RC桥墩的损伤和响应行为，本文提出了来连续碰撞和单次碰撞的模拟方法，并对两种方法各自的结果进行了对比。模拟结果表明：本文建立的有限元模型总体上可以对多次连续碰撞下RC桥墩的损伤形态、桥墩正向位移峰值和自振周期等特征进行较为准确的模拟。但是，连续碰撞模拟下采用的Kamp;C材料模型（默认参数下）对混凝土的局部冲击损伤模拟不够准确，导致连续碰撞模拟时撞击力的结果与试验结果和单次碰撞模拟差别较大；此外，该材料模型对于混凝土的裂缝闭合行为还模拟不够准确，导致冲击下桥墩的反向位移模拟结果与试验结果相差较大。　　（3）通过对已有三种有限元车辆模型的分析，建立起了车辆撞击桥墩的通用简化力学模型。有限元分析发现三种类型车辆撞击桥墩具有相似的作用机理和力学特征，在此基础上提出了三种类型车辆的通用力学模型框架，并给出了刚性撞击力峰值的解析算法。进一步的，为了验证所提出模型的有效性，分别将其与刚性桥墩和弹性桥墩模拟做了对比，结果表明：提出的简化力学模型可与车辆有限元模拟的刚性撞击力匹配较好；简化力学模型与梁单元弹性桥墩耦合分析时，可以很快的计算出相关的车撞相关强度参数和结构反应参数具体数值，所得结果与精细化有限元分析吻合良好。　　（4）参考地震工程中的概率需求分析，建立起车辆撞击桥墩的概率需求模型，并提出了车辆撞击桥墩响应的快速计算方法。参考地震工程中地震需求分析的思路，通过地震工程中地震动强度参数的指标评价体系考虑了车撞强度参数和结构反应参数的适用性，建立起了车辆撞击桥墩的概率需求模型。建立的车辆需求模型可以很好的满足对数线性关系，证明了假设的合理性。最后，在第四章的基础上，提出了基于刚性撞击力解析计算公式的桥墩底部剪力简化计算方法。
作者：	方乐
专业：	土木工程
导师：	陈林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2022