桥梁上部结构的撞击响应及损伤评估研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:szcarla
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随着社会经济的快速发展,交通运输事业日益繁忙,道路网中各类型跨线桥的投入使用缓解了部分交通压力,但随之而来出现各类超高车辆撞击桥梁上部结构的事故。撞桥事故一旦发生,将严重的影响桥梁的安全状态和使用性能,甚至会造成桥梁的垮塌和严重的人员伤亡。因此,深入研究车辆撞击下桥梁的动态响应规律和损伤评估方法,具有重要的现实意义和应用价值。车桥碰撞过程涉及到大量的非线性因素,桥梁的动力响应易受到多种因素的干扰,有限元法是研究碰撞问题行之有效的方法。本文以某钢筋混凝土简支T梁桥和某厢式卡车为例,运用有限元软件ABAQUS进行建模和计算,主要工作如下:(1)对国内外典型的车桥撞击事故、研究现状以及欧洲、美国和中国有关桥梁碰撞力标准值取值的相关规范进行综述;介绍了碰撞系统的有限元计算理论,对车辆和桥梁碰撞过程中的沙漏效应和动态接触问题进行了阐述。(2)基于《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中混凝土本构模型,给出混凝土塑性损伤模型中损伤因子的计算方法。对车桥碰撞的典型事故进行有限元仿真,得到了水平和竖直车辆撞击力时程曲线,并从能量交换、混凝土的塑性损伤、应力及位移等方面研究车辆撞击桥梁过程中桥梁的动态响应。通过分析得到,撞击过程的前期车辆与桥梁能量转化剧烈,等效应力主要分布于撞击区域,后期发展至梁端支座约束区域。车辆撞击导致的桥梁损伤是在多种位移与变形耦合作用下产生的。(3)采用控制变量法分析了车辆速度、车辆质量、车辆的超高高度以及混凝土强度等级、截面配筋率及横隔板的布置位置等因素对桥梁的力学响应及损伤模式的影响。结果表明:撞击力受车辆速度影响最大;车辆质量和速度的增大会加剧桥梁的损伤,且会使桥梁的破坏时间提前;车辆超高高度的不同将改变车-桥撞击模式,随着超高高度增大,内侧梁受到撞击的风险增大;混凝土强度等级、截面配筋率及横隔板的布置位置等因素对桥梁的局部变形有影响,对桥梁的整体位移影响不大。(4)依据受撞桥梁的整体损伤与局部损伤规律,提出简支梁桥受车辆撞击后的快速检测内容与评估标准;分析不同车速、车重撞击后桥梁的局部损伤对竖向刚度的影响,结合规范评定桥梁的损伤等级。
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