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跨线桥车撞动力响应分析及其防撞装置研究

夏浩  
【摘要】:随着城市交通网越来越密集,为解决不同交通形式的跨越,满足行人出行,大量跨线桥被修建。与此同时,车辆撞击跨线桥的事故也频繁发生,造成桥梁、车辆的损伤及人的伤亡。为研究车辆撞击跨线桥的动力响应及其防撞装置,以某跨线桥为研究对象,采用有限元方法进行数值模拟,对此跨线桥设计了一种钢-FRP防撞装置,并进行优化设计。本文具体研究内容如下:首先,本文对桥梁车撞事故和国内外在车桥碰撞领域的研究现状进行了梳理,对本文采用的有限元基本理论、接触算法等理论方法进行了阐述,并针对桥梁和复合材料防车撞装置,选择合适的材料,根据提供的试验资料,得到混凝土、钢筋、钢套箱和FRP复合材料的冲击本构模型。然后,为研究跨线桥在车辆撞击作用下的动力响应,以某跨线桥为研究对象,并考虑上部结构自重作用,建立了卡车-桥墩碰撞有限元模型,对卡车以不同的速度、碰撞角度、质量撞击桥墩进行了数值模拟,对比分析了撞击力时程、墩顶位移时程、墩底截面弯矩时程和卡车合加速度时程,并对桥墩的损伤特征和演化进行了研究。结果表明,撞击力、墩顶位移、墩底截面弯矩、卡车合加速度受速度、碰撞角度、质量均有不同程度的影响;车桥碰撞过程中,桥墩损伤较为明显,主要表现为弯曲破坏。最后,针对车辆撞击桥墩的动力响应研究结果,设计了一种钢-FRP套箱防撞装置,并采用基于BBD试验的响应面法优化防撞装置,获得耐撞性最佳防车撞装置结构组合。结果表明,最优的尺寸组合能够最大限度的提高设计效率,钢-FRP防撞套箱具有较好的安全可靠性和经济性,便于在实际工程中进行推广应用。


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