考虑剪切效应的混凝土桥墩撞击动态力学特性研究.pdf

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1、第４２卷，第４期公路工程Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．４２０１７年８月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．，２０１７考虑剪切效应的混凝土桥墩撞击动态力学特性研究陈旭，张南，王慧，卢红琴（南京工业大学土木工程学院，江苏南京２１１８１６）［摘要］为研究桥墩撞击剪切动力响应问题，基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，将剪切变形引入碰撞体系偏微分方程中，考虑材料的动态力学性能，通过Ｌａｐｌａｃｅ变换和Ｍａｔｌａｂ软件求解，建立了考虑剪切效应的钢筋混凝土和钢骨混凝土桥墩动态剪力方程和动态弯矩方程，揭示了桥墩撞击动力响应受剪切效应影响的力学特征。理论计算和试验结果对比表明：剪切变形

2、对桥墩试件峰值弯矩和峰值主拉应力的平均影响分别为８８２％和１８８３％，剪切效应对桥墩撞击动力响应的影响较大，不可忽略。在桥墩抗撞强度设计中，不仅需要验算桥墩最大弯矩截面的拉应力，还应验算墩底的主拉应力，以体现剪切效应对桥墩撞击剪切破坏的影响，保证桥墩结构的安全。［关键词］桥梁工程；桥墩；剪切变形；撞击；动力响应［中图分类号］Ｕ４４３２６［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１７）０４—００９５—０７ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＩｍｐａｃｔＤｙｎａｍｉｃＭｅｃｈａｎｉｃｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅＰｉｅｒＣ

3、ｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＳｈｅａｒＥｆｆｅｃｔＣＨＥＮＸｕ，ＺＨＡＮＧＮａｎ，ＷＡＮＧＨｕｉ，ＬＵＨｏｎｇｑｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｓｈｅａｒｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｐｉｅｒｕｎｄｅｒｉｍｐａｃｔｌｏａｄ，ｔｈｅｓｈｅａｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｅｐａｒｔｉａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓｙ

4、ｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＨａｍｉｌｔｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｈｅａｒｆｏｒｃｅａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄａｎｄｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｓｈｅａｒｅｆｆｅｃｔ，ａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅＬａｐｌａｃｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＭａｔｌａｂｓｏｆｔｗａｒｅＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｃ

5、ｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｐｉｅｒｓ，ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｓｈｅａｒｅｆｆｅｃｔ，ａｒｅｒｅｖｅａｌｅｄｉｎｔｈｅｓｅｅｑｕａｔｉｏｎｓＴｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｈｅａｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｅａｋｏｆｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔａｎｄｐｅａｋｏｆｐｒｉｎｃｉｐａｌｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｉｓ８８２％ａ

6、ｎｄ１８８３％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙＴｈｅｓｈｅａｒｅｆｆｅｃｔｈａｓｇｒｅａｔｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｍｐａｃｔｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｐｉｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｂｅｎｅｇｌｅｃｔｅｄＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｉｍｐａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｅｒｎｅｅｄｓｎｏｔｏｎｌｙｃｈｅｃｋｉｎｇｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｏｆｍａｘｉｍｕｍｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｓｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｅｒ，ｂｕｔａｌｓｏｃｈｅｃｋｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｏｆｆｌｅｘｕｒｅ－ｓｈｅａｒｒｅｇｉｏｎ

7、ｏｆｐｉｅｒ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｈｅａｒｅｆｆｅｃｔｏｎｉｍｐａｃｔｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｏｆｐｉｅｒ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｓａｆｅｔｙｏｆｂｒｉｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｂｒｉｄｇｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂｒｉｄｇｅｐｉｅｒ；ｓｈｅａｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｉｍｐａｃｔ；ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ变形，考虑剪切变形的较少，认为剪切变形相对于０前言［４］弯曲变形而言往往是次要因素。肖盛燮等通过近年来，车船撞击桥墩的事故频繁发生，造成对多柔体系统碰撞问题的简化和离散化，提出了质了巨大的

8、经济损失和社会影响，桥墩在冲击荷载下量—弹簧体系的力学模型，通过广