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重型车辆撞击下预制节段拼装桥墩动态响应特性研究
| 论文题名： | 重型车辆撞击下预制节段拼装桥墩动态响应特性研究 |
| 关键词： | 预制节段拼装桥墩;车辆撞击;动态响应;数值仿真;混凝土损伤 |
| 摘要： | 近年来我国大力发展预制拼装技术，预制节段拼装桥墩已被大量应用于桥梁工程中。相关统计表明，车撞桥墩已成为造成桥梁倒塌的主要原因之一，因此研究车撞桥墩问题具有迫切的工程意义。目前关于车辆-桥墩碰撞的研究主要集中于小型车辆撞击普通现浇桥墩，而对桥墩威胁更大的重型车辆撞击则较少被关注。鉴于此，本文采用数值仿真方法，研究了重型车辆撞击作用下预制节段拼装桥墩的动态响应特性。首先在LS-DYNA中建立了精细的半挂车-桥墩碰撞模型，验证了仿真模型的准确性。然后研究了半挂车撞击下预制节段拼装桥墩和现浇桥墩的动态响应，探究了不同参数水平对预制节段拼装桥墩冲击行为的影响，提出有效的抗冲击优化措施。最后对车辆-桥墩撞击力进行了深入分析，提出了计算半挂车撞击力的表达式。主要工作和研究结果如下： (1)对节段柱落锤试验和半挂车实车碰撞试验进行建模分析，分析了节段柱在侧向冲击作用下的动态响应，以及半挂车撞击刚性墩柱时的撞击力和变形。结果表明本文建立的有限元模型可以较为准确的捕捉碰撞过程中节段柱和半挂车的关键冲击行为。 (2)研究了重型车辆撞击作用下预制节段拼装桥墩和普通现浇桥墩的动态响应差异，对比了车撞造成的撞击力、墩身位移、截面内力和桥墩损伤。结果表明预制节段拼装桥 墩在节段间产生的剪切滑移和接缝张开对车辆撞击具有缓冲作用，因此具有较小的撞击力和更大的侧向位移，而现浇桥墩墩底对车撞的抵抗作用明显，发生了剪切破坏。 (3)研究了桥墩截面尺寸、车辆质量、撞击速度和节段数目对预制节段拼装桥墩冲击行为的影响，对预制节段拼装桥墩进行了抗冲击优化设计。结果表明增大截面尺寸可以减少墩身位移和混凝土损伤，而车辆质量的变化对发动机撞击力的影响不明显。但是撞击速度的提高会使发动机和货物撞击力都显著增加，桥墩采用三节段时侧向位移以剪切滑移为主。而仅提高桥墩的初始预应力水平就可以有效提升预制节段桥墩的抗冲击性能。 (4)基于仿真结果拟合了撞击力的计算公式，并通过与既有实验结果对比证明了撞击力计算公式具有一定的合理性。将半挂车撞击力与国内外规范中撞击力进行对比，结果表明当半挂车的撞击速度超过27.93km/h时，中国《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)中规定的1000kN撞击力会偏于不安全；而当撞击速度超过55.78km/h，《美国公路桥梁设计规范》(AASHTOLRFD)中2800kN的撞击力规定值也会偏于不安全。 |
| 作者： | 胡明理 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张于晔 |
| 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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