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《桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移_曾鹏》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第31卷第3期佛山科学技术学院学报(自然科学版)Vol.31No.32013年5月JournalofFoshanUniversity(NaturalScienceEdition)May2013文章编号:1008-0171(2013)03-0011-07桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移1,21*1曾鹏,罗旗帜,陈玉骥(1.佛山科学技术学院土木工程与建筑系,广东佛山528000;2.广东工业大学土木与交通工程学院,广东广州510006)摘要:基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移进行了仿真计算。考虑了材料非线性、几何非线性和
2、接触非线性,建立了桥墩碰撞有限元模型,分析了桥墩在水平撞击荷载作用下的变形响应特征,并运用参数化分析方法,研究桥墩的混凝土轴心抗压强度、纵向钢筋配筋率、箍筋配箍率和截面惯性矩等参数对其在水平撞击荷载作用下变形响应的影响。结果表明:增大桥墩的混凝土轴心抗压强度、截面惯性矩和箍筋配箍率,均能不同程度地减小桥墩在水平撞击荷载作用下中截面的最大位移和残余位移,增强桥墩的抗撞击性能;而纵向钢筋配筋率对位移影响较小。关键词:桥墩碰撞;仿真计算;参数化;水平位移中图分类号:U443.22文献标志码:A在碰撞荷载作用下桥梁结构的动力响应和破坏与在静力荷载作用下的行为相比要复杂的多,其破[1]坏突然
3、,且造成巨大损失和恶劣影响。因此,桥梁结构的动力响应分析对其防撞设计具有重大现实意义。目前,桥梁结构在碰撞荷载作用下动力响应的分析方法基本上可以分为3大类:经验公式法、动力分[2]析法和有限元分析法。(1)经验公式法:运用拟静力的计算方法,将静力荷载作用下的结构响应乘以冲击因子得到碰撞荷载下的动力响应;(2)动力分析法:将桥梁结构系统根据动力学相似原理转化为带有质量、弹簧和阻尼系统的力学模型,通过建立运动方程进行结构系统激励和响应计算;(3)有限元分析法:运用显示动力分析软件对桥梁碰撞响应进行仿真计算。由于船桥碰撞问题是一个复杂的非线性动力响应过程,碰撞中存在着材料非线性、几何非线
4、性、接触非线性和运动非线性等大量非线性现象,因此经验公式和动力分析这两种方法想要利用传统力学理论来研究船桥碰撞已变得愈加复杂困难。随着计算机技术的飞速发展,特别是非线性有限元技术的日益进步和成熟,在船舶碰撞问题的研究中非线性有限元分析方法发挥了越来越重要的作用,能够对碰撞过程中的结构进行更加精确[3-8]的模拟。本文采用非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移进行了数值模拟,分析桥墩在水平撞击荷载作用下的变形响应特征。同时,运用参数化分析方法,研究桥墩的混凝土轴心抗压强度、纵向钢筋(主筋)配筋率、箍筋配箍率和截面惯性矩等参数对其在水平撞击荷
5、载收稿日期:2013-02-22基金项目:国家自然科学基金资助项目(50978058);全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(200954);广东省自然科学基金资助项目(9151063101000050,10252800001000000);广东省交通运输厅科技资助项目(2012-02-018)作者简介:曾鹏(1988-),男,广东汕尾人,广东工业大学与佛山科学技术学院联合培养硕士研究生。*通信作者:罗旗帜(1955-),男,浙江温州人,佛山科学技术学院教授,博士。12佛山科学技术学院学报(自然科学版)第31卷作用下变形响应的影响,并分析提出桥墩防撞设计时应当注意的问题。1桥墩
6、碰撞有限元模型1.1力学模型某桥12#桥墩为双柱式墩,如图1所示。桥墩直径D为150cm;墩身净高800cm;混凝土保护层厚度c为5cm。在桥墩中截面水平方向作用一个碰撞力F,撞击体质量m=1.4t,初速度v=5m/s,总能量4为1.75×10J。由于桥梁上部结构对该桥墩来说刚度较大,所以桥墩顶部的边界条件近似为固结,而下部也采用固定端约束来近似模拟承台及土体对桥墩的整体作用。力学模型如图2所示。图1桥墩立面图(尺寸单位:cm)图2桥墩力学模型(尺寸单位:cm)1.2计算模型运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了圆形钢筋混凝土桥墩的三维分离式模型,如图3所示。其中混
7、凝土和钢筋之间的连接按牢固粘结共同作用进行考虑。由于网格划分细密能有效提高数值计算结果精度,所以,本文对钢筋和桥墩均采用20mm的网格尺寸,而撞击体因其刚体材料性质,采用40mm的网格尺寸,整个碰撞系统有限元模型共划分单元130486个。混凝土材料选用SOLID164单元来模拟,并采[9-10]用LS-DYNA程序内置的动力硬化帽盖模型(*MAT25即*MATGEOLOGICCAPMODEL),该模型考虑了在碰撞过程中桥墩的硬化效应,具有较好的塑性压缩能力。混凝土材料
