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《沈阳建筑大学》 2015年
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新型SCCC柱式桥墩抗冲击性能研究

刘琦  
【摘要】:当下随着国民经济的高速增长与交通运输事业的蓬勃发展,城市桥梁结构与车辆,船舶等交通工具数量的与日俱增,车-桥撞击事件已然成为频发事件,同时其可能造成桥梁断裂、坍塌,城市交通拥堵等严重后果。针对这一问题提出一种新型圆截面钢管-混凝土-CFRP-混凝土组合柱式桥墩(简称为SCCC组合柱),这种构件以其抗压强度高,耐腐蚀强度好等诸多优点在建筑工程得到广泛认可,为推动新型SCCC组合柱构件在土木工程特别在桥梁抗冲击应用,对其抗冲击性能的研究具有重要意义。为了减轻甚至避车辆冲击桥梁下部结构造成的巨大影响,本文以一城市跨线桥桥梁一跨作为背景,利用大型有限元软件ANSYS/ LS-DYNA建立简化模型,主要分析新型圆截面钢-混凝土-CFRP-混凝土柱式桥墩在车辆冲击荷载下的力学性能以及动力响应,做了以下几个方面的工作:(1)阐述冲击动力学的应力波与结构响应,同时阐述动力学问题的有限单元法并介绍非线性有限元法定原理和求解,提出来显示算法和罚函数解决接触碰撞问题。(2)对一连续板桥的一跨车撞进行分析仿真模拟,其中桥墩采用圆截面钢-混凝土-CFRP-混凝土实心组合桥墩,通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA为平台模拟此新型桥墩与大型货车相撞的过程与碰撞后的桥墩损伤分析,并与纯混凝土柱和钢管混凝土墩冲击仿真进行模拟,分析SCCC组合柱式桥墩的抗冲击性能,并得出本新型SCCC组合柱式桥墩具有良好的抗冲击性能结论。
【关键词】:桥墩 汽车碰撞 有限元分析 抗冲击 动力响应 SCCC柱
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U443.22
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 第一章 绪论10-18
  • 1.1 本课题的提出10-11
  • 1.2 车撞桥墩的研究现状11-14
  • 1.2.1 国外研究现状12
  • 1.2.2 国内研究现状12-14
  • 1.3 本课题的研究意义14-16
  • 1.4 本课题的研究工作16-18
  • 第二章 冲击问题有限元分析的理论基础18-34
  • 2.1 冲击动力学18-20
  • 2.1.1 冲击动力学概述18-19
  • 2.1.2 撞击应力波19-20
  • 2.1.3 材料对冲击荷载的响应20
  • 2.2 动力学问题的有限单元法20-24
  • 2.2.1 弹性动力学问题的有限单元法20-22
  • 2.2.2 弹性动力学问题的有限单元法求解步骤22-24
  • 2.3 非线性有限元方法24-32
  • 2.3.1 非线性有限元方法的引入24-26
  • 2.3.2 显示非线性有限元方法26-32
  • 2.4 本章小结32-34
  • 第三章 有限元软件LS-DYNA及其算法34-44
  • 3.1 LS-DYNA简介34-37
  • 3.1.1 LS-DYNA的发展概况34
  • 3.1.2 LS-DYNA的功能特点34-36
  • 3.1.3 LS-DYNA分析的一般流程36-37
  • 3.2 LS-DYNA的主要算法37-39
  • 3.3 仿真分析影响因素39-40
  • 3.3.1 单元计算的单点高斯积分与沙漏控制39-40
  • 3.3.2 网格密度分布与大小的影响40
  • 3.4 仿真过程应注意问题40-42
  • 3.4.1 沙漏控制40-41
  • 3.4.2 单元失效准则41-42
  • 3.4.3 缩短计算时间42
  • 3.4.4 滑动界面能问题42
  • 3.5 本章小结42-44
  • 第四章 新型SCCC柱式桥墩撞击的有限元分析44-78
  • 4.1 材料模型44-48
  • 4.1.1 混凝土材料模型44-47
  • 4.1.2 钢材模型47-48
  • 4.1.3 CFRP模型48
  • 4.2 单元选取48-50
  • 4.2.1 SOLID164实体单元48-49
  • 4.2.2 SHELL163壳单元49-50
  • 4.3 有限元模型的建立50-53
  • 4.3.1 整桥模型建立50-52
  • 4.3.2 车辆模型建立52-53
  • 4.3.3 接触处理53
  • 4.3.4 边界和初始条件53
  • 4.4 有限元模拟结果与分析53-66
  • 4.4.1 撞击历程54-56
  • 4.4.2 Mises应力图56-59
  • 4.4.3 CFRP应力、变形分析59-62
  • 4.4.4 撞击过程研究62-63
  • 4.4.5 能量转化关系63-66
  • 4.5 不同柱式桥墩的有限元仿真与对比66-76
  • 4.6 本章小结76-78
  • 第五章 结论78-80
  • 参考文献80-84
  • 作者简介及发表论文84-86
  • 致谢86

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