车-桥碰撞动力及防护装置设计分析.pdf
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1、文章编号:():./.车 桥碰撞动力及防护装置设计分析孔令云贾留锁王 睿李选栋(.郑州市市政工程勘测设计研究院 郑州市 .黄河水利委员会河南黄河河务局 郑州市)摘 要:为研究超高车辆撞击下桥梁结构的动态响应以一座预应力混凝土空心板桥为研究对象采用非线性有限元仿真技术模拟了车 桥碰撞过程对超高车辆撞击下被撞梁的动态响应及损伤进行了分析 考虑到目前既有桥梁上部结构防护装置的种类匮乏提出了一种基于(超高韧性水泥基复合材料)板的组合防护装置对防护装置的防护性能进行了分析探讨了不同设计参数下防护装置性能的变化特征为工程设计人员提供参考 关键词:空心板桥超高车辆防护装置抗撞性能参数分析中图分类号:.文献标
2、识码:引言跨线立交桥梁在城市及高速公路跨线工程中使用广泛其受到超高车辆撞击的事故时有发生对正常服役状态下的桥梁结构安全造成了严重威胁目前针对超高车辆撞击桥梁上部结构开展的防护研究工作相对较少 陆新征等基于模型试验和数值仿真技术提出了一种新型薄壁钢管缓冲装置通过扩散模块分散车辆撞击力通过吸能模块吸收车辆的动能进而降低超高车辆撞击下桥梁结构的损伤 朱洲洲通过对超高车辆撞击下钢筋混凝土 梁桥进行损伤分析提出了基于泡沫铝材为主要耗能材料的桥梁防护装置研究发现该防护装置可以有效降低超高车辆撞击下桥梁上部结构的损伤 潘晋等提出了一种基于阻尼器的限高防护架通过对超高车辆进行柔性拦截间接避免车桥碰撞事故发生针
3、对目前频发的超高车辆撞击桥梁上部结构问题文章采用显式动力有限元分析软件进行了车桥碰撞全过程非线性分析模拟了车辆撞击下桥梁结构的损伤同时考虑到已有防护装置种类匮乏亦为降低超高车辆撞击下桥梁结构的损伤提出了一种适用于桥梁上部结构的新型防护装置 有限元模型建立以一座跨径为 的预应力空心板桥为工程实例空心板单梁尺寸如图()所示全桥由 片空心板单梁组成桥梁全宽.混凝土强度等级为 每片空心板采用 根型号为.的预应力钢绞线预应力荷载通过等效降温法进行模拟 空心板桥有限元模型如图()所示 超高车辆模型采用美国国家碰撞分析中心()提供的标准双轴卡车有限元模型为保证计算结果的精度对车厢端部有限元网格尺寸进行了重新
4、划分划分后的尺寸为 根据道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值()双轴卡车的单轴最大轴荷不超过 此处对车辆货物的密度进行修改使车辆总质量(车身净重与载重之和)为 图 空心板桥模型北方交通 年 第 期 车 桥碰撞动态响应分析以车辆行驶速度/车辆载重 碰撞超高值 为典型代表工况研究了超高车辆与桥梁上部结构边梁跨中位置碰撞时的动力特性图 给出了超高车辆与空心板桥撞击过程中的碰撞力时程曲线可以看出在整个碰撞过程中碰撞力呈现出高峰值、低持时的特点整个碰撞过程持时约.碰撞力峰值发生在刚开始碰撞的瞬间接近 这主要是由于在碰撞接触瞬间车厢和被撞梁均处于未损伤状态同时车厢刚度较大因此碰撞力出现一个峰值在之后的碰撞过程
5、中车辆由于撞击出现较大面积的塑性损伤刚度急剧下降因此碰撞力大幅下降并在此后的碰撞过程中碰撞力基本维持在该水平范围 随着车 桥碰撞过程结束车辆与被撞梁逐渐分离碰撞力衰减为 通过对碰撞过程中被撞梁的位移及变形的分析发现空心板桥在超高车辆撞击下的位移及变形均较小(弯曲变形最大仅)因此不再进行详细分析图 碰撞力时程曲线图 给出了超高车辆撞击桥梁上部结构后主梁和超高车辆的塑性损伤云图 可以看出车 桥碰撞结束后被撞梁出现了较为明显的塑性损伤并且损伤区域主要集中于撞击位置在车辆的撞击和车厢的刮擦作用下被撞梁腹板和底板跨中区域出现了混凝土单元和钢筋单元失效现象车辆的车厢在碰撞过程中损伤十分严重为定量分析车 桥
6、碰撞后桥梁结构的损伤情况对损伤后的被撞梁进行竖向静力加载荷载采用逐级按比例放大的公路 级车道荷载通过对比被撞梁损伤前和损伤后所能承受的竖向极限荷载判断其竖向极限承载力下降程度荷载 位移变化曲线如图 所示 可以发现被撞梁在损伤前随着竖向荷载的增大结构变形逐渐增加刚度逐渐降图 桥梁上部结构及车辆塑性损伤云图图 车道荷载下结构跨中荷载 位移曲线低最终达到竖向极限承载力而发生弯曲破坏此时主梁的跨中位移达到 竖向极限承载力接近车道荷载的.倍 通过分析被撞梁损伤后的荷载 位移曲线变化发现损伤后主梁在 倍以内的竖向静力车道荷载下结构表现出的静力特性与损伤前无显著差异当竖向静力荷载大于 倍车道荷载后二者的差异
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