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基于LS-DYNA的车辆撞击桥墩的撞击分析与损伤评估
| 论文题名： | 基于LS-DYNA的车辆撞击桥墩的撞击分析与损伤评估 |
| 关键词： | 单柱式钢筋混凝土桥墩;中型卡车;撞击分析;损伤评估 |
| 摘要： | 城市公路桥梁连接着城市和城市间的交通网络，起到了至关重要的枢纽作用。随着交通量的不断增大，车辆撞击桥墩事故频繁发生，车辆撞击桥墩研究具有重要的工程应用价值。本文以单柱式钢筋混凝土桥墩作为研究对象，对车辆-桥墩碰撞进行有限元分析，对中型卡车撞击桥墩的撞击力进行公式拟合，对撞击后的桥墩损伤进行评估。主要研究内容如下： （1）采用ANSYS/LS-DYNA建立小车水平冲击钢筋混凝土桥墩的模型，将得到的撞击点位移时程曲线、应变时程曲线与参考文献的试验结果进行对比，验证有限元模型的正确性。 （2）采用验证后的有限元模型参数建立安徽省宣城市某单柱式钢筋混凝土桥墩模型，车辆模型采用美国国家碰撞分析中心（National Crash Analysis Centre)发布的中型卡车模型，验证了中型卡车模型的正确性。研究车辆速度、车辆质量、撞击偏心和桥墩刚度对中型卡车撞击桥墩撞击力的影响规律，并结合车辆速度与车辆质量的双变量因素对撞击力影响规律进行研究。结果表明：车辆速度、车辆质量和撞击偏心对撞击力的影响较大，桥墩刚度对撞击力的影响较小；车辆速度对车头撞击桥墩的撞击力和货箱撞击桥墩的撞击力都有较大影响，车辆质量只对货箱撞击桥墩的撞击力有较大影响。 （3）引入撞击力灵敏度，对车辆速度、车辆质量和撞击偏心三个因素进行灵敏度分析。采用Levenberg-Marquardt 算法和Python语言，参考各国规范船撞桥墩公式和学者给出的撞击力公式，对20种中型卡车正向撞击混凝土桥墩的速度-质量-撞击力进行撞击力计算公式拟合。结果表明：车辆速度对撞击力影响最大，其次为车辆质量，偏心距最弱；幂函数乘积形式的撞击力公式拟合效果最好。 （4）对25组工况的桥墩模型的塑性应变进行分析，对比相关规范的桥墩损伤等级对这些工况做出损伤评估，同时引入损伤度并对这些工况进行损伤度计算，得出损伤等级，并绘制出损伤热力图。发现针对塑性应变的评估与损伤度的评估的损伤等级结果接近。损伤度计算的损伤等级有客观和易于计算的优点。对损伤热力图中轻-中损伤分界线和中-重损伤分界线进行拟合和优化，得出适用于现场评估的实用公式。 |
| 作者： | 章宇琦 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 惠颖;刘勤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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