桥墩防车辆撞击研究

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1、学校代号10532学号B0901S0012分类号TU375.3密级公开博士学位论文桥墩防车辆撞击研究学位申请人姓名陈林培养单位土木工程学院导师姓名及职称肖岩教授学科专业结构工程研究方向工程结构抗冲击论文提交日期2015年6月23日学校代号：10532学号：B0901S0012密级：公开湖南大学博士学位论文桥墩防车辆撞击研究湖南省自然科学基金重点项目资助项目编号：10JJ2038国家自然科学基金重点项目资助项目编号：51438010学位申请人姓名：陈林导师姓名及职称：肖岩教授培养单位：土木工程学院专业

2、名称：结构工程论文提交日期：2015年6月23日论文答辩日期：2015年6月26日答辩委员会主席：易伟建教授ResearchonbridgepierssubjectedtovehiclecollisionsbyCHENLinB.E.(HunanUniversity)2008AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinStructuralEngineerin

3、gintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorXIAOYanJune,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。＇作者签名：曰期：处年月娜件林＾

4、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书。／２．不保密口。＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）作者签名：ｉ知曰期：年月４曰义＾导师签名日期：义叫＾年月巧日７桥墩防车辆

5、撞击研究摘要多起国内外撞击事故表明，当遭遇大型车辆的撞击时，按现有规范设计的桥墩可能发生断裂破坏并引起桥梁整体垮塌，从而造成更为严重的二次灾害，并导致整条公路长时间封闭等严重后果。因此，对车辆撞击桥墩问题进行研究具有重要的现实意义；而如何对桥墩进行合理有效的防撞设计已成为目前亟待解决的问题。本文首先对相关文献进行了综述分析，包括钢筋混凝土梁柱构件抗侧向冲击性能研究、车辆撞击桥墩防护结构的研究、车辆撞击桥墩等柱类结构物的研究以及中、美、英等国相关设计规范等。分析表明，目前桥墩防车辆撞击研究尚处于起步阶

6、段，许多关键问题还没有解决。例如车辆撞击柱类结构物的撞击机理、车辆撞击力计算方法以及桥墩防车辆撞击设计的指导原则等。本文大量采用非线性有限元分析对卡车与桥墩的撞击规律进行了研究。在卡车与刚性及弹性桥墩的撞击分析中，重点考察卡车的撞击行为以及撞击力时程曲线等撞击结果。针对桥墩截面尺寸和形状、卡车撞击速度、卡车质量、路面坡度、卡车货物刚度以及卡车与桥墩之间的偏心距离等一系列参数对撞击效应的影响进行了仔细研究。在卡车与弹塑性钢筋混凝土桥墩的有限元分析中，重点探讨剪切破坏控制下钢筋混凝土构件的有限元仿真模拟

7、方法以及桥墩上、下部结构对撞击效应的影响等，旨在为钢筋混凝土桥墩的防撞设计提供参考。本文提出将卡车与桥墩撞击简化为具有三个自由度的耦合质量-弹簧-阻尼模型，即CMSD模型；其中卡车首次被简化为并联双自由度质量-弹簧-阻尼模型，桥墩则简化为单自由度质量-弹簧-阻尼模型。该CMSD模型可以对卡车撞击桥墩问题进行时程分析，从而得到卡车撞击力、桥墩反力、桥墩特征点位移甚至是卡车挤压变形量等关键信息。基于CMSD模型进行了一系列参数分析，得到了卡车质量、撞击速度及桥墩截面特征等与撞击力或桥墩支座反力之间的关系

8、曲线。对考虑卡车撞击特征的单自由度模型、双自由度模型以及CMSD模型分别进行了反应谱分析。结果表明，CMSD模型反应谱与双自由度模型反应谱相似。本文最终基于双自由度模型反应谱拟合得到了卡车撞击桥墩弹性设计反应谱，从而奠定了桥墩防车辆撞击设计的基础。另外，考虑到实车碰撞试验成本高昂，本文提出了一种价格廉价的等效卡车钢架试验模型，用于代替大型卡车对柱类结构物进行撞击试验研究。该模型内部结构非常简单，仅由若干槽型钢及钢块制成，但它考虑了参考卡车的实际几何和物理特征。通过与精