半挂车撞击公路护栏时的等效模型

为解决使用整体车碰撞能量计算公式,计算半挂车撞击护栏时的碰撞能量误差太大的问题,对半挂车撞击护栏时的等效模型进行研究。运用有限元分析软件LS-DYNA建立车辆-护栏碰撞分析模型,结合正交试验方法对整体车与半挂车撞击护栏时的运动特性及碰撞评价指标进行分析,通过将各碰撞评价指标与碰撞能量分别进行数值拟合,确定碰撞能量的等效评价指标。再以该等效指标为优化目标进行正交试验,通过对试验结果进行极差和方差分析确定半挂车的等效整体车模型。     

外包钢板混凝土桥墩在车辆碰撞下的动力响应研究

进行了外包钢板混凝土墩柱在车辆碰撞作用下的动力性能模型试验,通过采集撞击过程中的撞击力时程、桥墩的加速度及位移响应时程,分析研究了车速、车辆质量、轴压比等对撞击过程中外包钢板混凝土桥墩动力响应的影响。研究结果表明,撞击力的大小与车速、车辆质量、轴压比均成正相关关系;桥墩的加速度与位移响应均随车速提高而增大,桥墩顶部的加速度可能大于也可能小于撞击位置处的加速度,而桥墩顶部的位移总是大于撞击处的位移;桥墩位移与车辆质量之间近似成线性关系,随轴压比增大而减小。研究结果为进一步研究实际车辆与桥梁撞击及桥梁防撞设计提供了数据参考。     

落石撞击桥墩计算模型研究现状与展望

为了对桥墩进行科学的落石撞击验算及防落石撞击设计,分类整理了国内外相关研究成果,从落石撞击力的静力计算方法、简化动力计算方法、桥墩损伤特征及影响因素等方面进行了分析论述,为桥墩落石撞击验算及防落石撞击设计提供参考.对落石撞击力及结构撞击响应计算提出了建议和展望.     

车辆撞击桥墩近似分析方法及结构防护措施

车辆碰撞柔性桥墩往往产生严重后果,并可能控制设计.撞击过程一般很短暂,在仿真计算时必须考虑动力效应.墩柱的承载需求应考虑碰撞车辆、墩柱直接撞击区域刚度和撞击速度之间的相互作用.简化近似方法可仅限定与墩柱的响应有关,如果需要较为精确的计算,可采用有限元法进行.由比较分析得知刚性碰撞和柔性碰撞区别显著,且撞击质量的影响不大.为抵抗刚性碰撞作用,应考虑在柱子周围设置刚度较低的防护装置,可选择防护围栏或其他附加的防护结构.设计应考虑柱子自身防护或采用附加防护措施.     

超高车辆-桥梁上部结构撞击力的工程计算方法

为了弥补中国在超高车辆撞击桥梁上部结构领域研究的不足,完善其工程设计方法,在超高车辆撞击桥梁上部结构的事故案例调查和精细化有限元分析的基础上,提出了超高车辆-桥梁上部结构撞击的简化计算模型,建立了简化模型的微分方程组,利用数值试验的方法确定了简化模型中的部分参数,从而得出简化计算模型的撞击荷载;为了满足工程设计的需要,在简化模型的基础上提出了形式简单的撞击力设计公式,以表格的形式给出了设计公式中基本参数的主要取值,并将简化模型和设计公式的计算结果与有限元结果进行了比较。结果表明:根据简化模型和设计公式计算得到的撞击荷载与精细有限元模型的计算结果吻合较好,且偏于安全,可为工程设计提供参考。     

考虑水流影响的船桥碰撞效应分析

为研究流体对船桥正面碰撞动力响应的影响,运用ANSYS LS-DYNA软件,分别采用流固耦合法和附加质量法建立考虑流体影响的船桥正面碰撞计算模型,分析不同吃水深度的船体与桥墩碰撞时流场对撞击力和撞击能量的影响,比较在简化的附加质量法中,将水流模拟成不同的附加质量(0.02~0.07倍船体质量)时,撞击力和撞击能量计算的误差。分析结果表明,不同船体吃水深度对船桥碰撞的计算结果有一定的影响,特殊船型和深吃水的情况下需要考虑不同吃水深度所造成的船桥碰撞力的变化。当采用简化的附加质量法考虑水流对船桥碰撞的影响时,0.02~0.07倍船体质量的附加质量参数选取并不能涵盖船舶在不同吃水深度下的流场耦合效应,在船舶深吃水的情况下有接近10%的误差。     

株洲湘江一桥桥墩抗船撞能力评估及防撞方案研究

船桥碰撞事故常有发生,为评估已建桥梁桥墩的抗船撞性能、指导防撞方案设计,以株洲湘江一桥通航孔8~10号桥墩为对象,建立有限元模型计算了桥墩在受到单位水平撞击力时最危险截面处产生的内力,进而根据相关规范,计算桥墩截面实际能够承受的水平撞击力;建模分析2 000吨级船舶在各工况下撞击桥墩时实际产生的最大船撞力;根据两者计算结果差值评估桥墩的抗船撞能力,提出设置复合材料防撞系统方案并进行比较研究。结果表明:该桥桥墩的横桥向抗撞能力由9号墩强度控制,为11.03 MN;船舶最不利工况撞击桥墩时产生的撞击力为13.55MN,超出桥墩极限抗撞能力;设置复合材料防撞系统后桥墩受到的水平撞击力可明显小于桥墩的水平抗力,从而保证桥墩结构的安全。     

船舶-桥墩碰撞动力响应分析研究

船舶撞击作为跨航道桥梁服役期间常见的一种偶然荷载形式,为桥梁结构的安全运营带来了严重威胁。本文以某跨江桥梁为例,采用动力时程分析方法,对桥梁主墩进行了船-桥碰撞动力分析,研究不同撞击工况下桥墩的动力响应问题,并将有限元仿真分析的碰撞力与按国内外规范规定算法计算的撞击力进行了对比,提请桥梁设计者注意。     

桥墩在车辆撞击作用下的动力响应分析

为了研究桥墩在车辆撞击作用下的动力响应,以云南省某跨线桥为研究对象,基于有限元分析软件建立车辆对桥墩碰撞计算模型,通过分析得到了不同的工况下,桥墩墩顶墩底的位移和应力变化。从碰撞系统的能量转化过程来看,决定撞击荷载对桥墩损伤程度的因素很多,除桥墩本身的结构特性外,碰撞结果不仅与撞击车辆的速度、撞击方向、质量和刚度相关,防撞设施的结构特性、变形能力等也起着至关重要的作用,本文研究成果可为城市道路、高速公路上的跨线桥的防撞设计提供相关依据。     

驳船-圆柱碰撞的修正半波正弦荷载模型

为建立考虑冲击效应的船撞实用荷载模型,建立6艘不同吨位驳船的有限元精细化模型,采用驳船撞击刚性圆柱模型,通过数值仿真得到252条不同速度和不同径宽比下的撞击力时程原始样本。通过对样本的观察与分析,提出采用修正半波正弦函数作为撞击力过程的近似荷载模型,并通过数理统计的方法确定具体模型参数,由此根据驳船吨位、撞击速度、撞击径宽比等因素直接确定撞击荷载曲线。基于简化模型推导过程,指出修正半波正弦荷载模型的3个误差来源,并以2座不同结构形式的桥梁为例进行动力反应计算分析。以驳船接触碰撞的动力响应为基准,分析简化荷载模型计算结果的准确性,并进一步讨论3个误差来源对荷载模型误差的贡献大小与误差机理。研究结果表明：模型参数取值的精度良好;2个算例的动力响应对比分析得出,提出的修正半波正弦荷载模型对于柔性及刚性的桥梁结构均有良好的整体计算精度,具有广泛的实际工程应用价值。     

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

基于接触理论与数值分析下复合墙体抵抗冲击力研究

在建筑复合隔墙墙体正常使用的过程中通常会受到外界物体的偶然碰撞,相互碰撞后所产生的冲击力会使墙体发生局部变形或产生应力集中现象从而影响墙体的整体稳定性、耐久性和使用性能。由于目前建筑复合隔墙墙体在抗冲击方面缺乏结构层面的计算方法,因此,为研究复合墙体在低速碰撞下抗冲击问题并分析该类型墙体在受到碰撞所产生的冲击力对其性能的影响,需要对现有理论进行系统分析,发现Hertz弹性碰撞理论是计算冲击力的有效方法之一,通过改进规范试验方法与简化计算模型方法模拟墙体受到低速碰撞的过程来研究冲击力大小,采用ABAQUS数值模拟低速碰撞下的复杂接触,对简化的碰撞模型与计算方式进行了有限元分析。研究结果表明:Hertz理论计算结果偏保守,考虑弹塑性计算的结果安全且更符合实际;在Hertz接触理论和Thornton弹塑性假设的基础上,对现有碰撞理论进行了优化分析,揭示了复合墙体碰撞机理和规律,建立了外物冲击复合墙体的简化计算模型;结合已有的假设推论对计算表达式进行了较为合理的推导,并提出了一种适应于隔墙设计的考虑弹塑性与模型修正参数的最大冲击力理论计算公式;有限元模拟结果与理论计算结果能较好吻合,验证了ABAQUS有限元复合墙体模型的正确性,证实了冲击力理论计算式的有效性。     

队列车辆碰撞严重性及车队排布策略

针对自动驾驶车辆队列发生不可避免碰撞的事故场景,研究以整体碰撞严重性达到最低为目标的车队排布策略.首先根据引发事故的障碍物是否会明显影响领航车运动,将碰撞划分为队内碰撞和队外碰撞.队列几何构型一定时,针对均质化队列发生一维碰撞过程建立理论模型,计入碰撞前车辆对前车紧急制动的感应及自车进行紧急制动的过程,计算并定义时间截...     

车辆气动力展向相关性传递函数及其对桥上运动车辆响应的影响

为研究运动车辆气动力的展向相关性对桥上运动车辆响应的影响,在分析运动车辆顺风向和竖向脉动风速谱的基础上,发展出一种新型的运动车辆脉动风速相干函数形式,推导出与顺风向和竖向脉动风速对应的运动车辆气动力的展向相关性传递函数,并根据“余弦规则”得到作用在运动车辆上的抖振力谱。通过建立列车-轨道-桥梁多体系统耦合振动仿真模型,以单节列车在典型的高速铁路桥梁上行驶为例,对比不同车速、不同风速与不同地表类型时,运动车辆气动力的传递函数对桥上运动车辆响应的影响。研究结果表明：当考虑上述传递函数时,车辆响应的均方根均有不同程度的降低,其中对车体横向和竖向加速度均方根的影响最为显著;当车速为40 m·s^-1时,在考虑与不考虑传递函数情况下,车体横向加速度均方根的相对误差高达40.6%,车体竖向加速度均方根的相对误差也高达36.6%;随着车速的提高,各车辆响应均方根的相对误差均逐渐变小;随着风速的提高,轮重减载率和轮轨垂向力均方根的相对误差均逐渐变大,而车体竖向Sperling指标和轮轨横向力均方根的相对误差却先增加后减小;从A类地表类型到D类地表类型,车体加速度均方根以及车体Sperling指标的相对误差均逐渐增大,而轮轨力均方根、脱轨系数均方根、轮重减载率均方根的相对误差均先增大后减小。     

基于前车轨迹预测的高速智能车运动规划

针对现有运动规划算法大多只考虑障碍车当前状态,本文中提出一种基于前车运动轨迹预测的高速车辆运动规划算法。首先,融合考虑驾驶意图与基于车辆运动模型的方法对前车轨迹进行预测;然后,采用贝塞尔曲线(Bezier)规划主车运动轨迹,结合避撞过程中与前车碰撞风险概率,高速避撞车辆速度变化特点以及车辆运动稳定性等因素建立目标函数,并考虑车辆动力学与运动学约束,使用序列二次规划(SQP)方法对Bezier曲线的控制点和主车运动目标点位置进行优化求解,得到最优避撞运动轨迹;最后,以前车直行和换道两种工况为例,对主车的避撞运动轨迹进行规划,分析不同工况下主车避撞过程中的运动状态变化以及与前车碰撞风险概率变化。结果表明,所提出的运动规划算法能够保证车辆的避撞安全性与运动稳定性。     

大跨连续刚构桥-船撞击动力响应研究

以某高速公路新建连续刚构桥为工程背景，采用非线性有限元分析方法，通过大型通用非线性有限元程序LS-DYNA建立全桥有限元模型和1 000 t船舶模型，对船-桥碰撞动力过程进行模拟，以确定船-桥碰撞过程中碰撞力的大小，并将有限元计算结果与规范经验公式进行比较。结果表明：船-桥碰撞过程中，船艏发生较大变形，吸收大部分的能量，将动能转化为势能；碰撞过程具有明显的非线性波动特征；各个规范经验公式计算的船撞力差异较大，且规范经验公式具有一定的局限性，有限元分析法能完整再现船-桥碰撞结构内部动力学过程，弥补规范经验公式的不足。     

某航道桥下部结构受船舶撞击后安全性能评估及修复

为评估航道桥下部结构的船撞安全性,以遭受船撞的某内河航道桥为研究对象,采用有限元方法和相关规范计算受撞击的5号桥墩自身水平抗力、船撞力、墩顶位移,并从墩顶位移和桥墩抗力两方面对受撞桥墩的安全性进行评估。结果表明:5号桥墩的横桥向和顺桥向抗力均由桩基强度控制,分别为2528 kN和1142 kN;事故船撞击工况下,墩顶最大横桥向和顺桥向位移分别为7.6 mm、13.4 mm,满足位移限值要求;沿横桥向和顺桥向的船撞安全系数分别为1.67和0.94,顺桥向的自身抗力不足以抵抗瞬时船撞力,导致桥墩桩基础受损,建议采用增大截面法对受损桩基础进行加固补强,并设置独立防撞墩以保障桥梁结构安全。基于分析过程,总结了桥梁下部结构船撞安全评估的一般流程。     

高速公路与铁路并行路段防撞挡墙设计研究

针对高速公路与铁路并行路段，既有高速公路通行的大型车辆会对铁路路基存在潜在安全隐患的问题，通过在高速公路路肩处设置波形护栏和混凝土挡墙，以防止车辆对铁路路基造成破坏。结合实际情况，建立了车辆-挡墙碰撞模型，通过分析挡墙的极限受力，确定了最大安全撞击力，再由碰撞力计算公式反求得到车辆的初始碰撞限速和车辆限重。计算结果表明:对通过高速公路毗邻铁路路基段载重货车及大型客车进行适当限速和限重，并设置SS级波形护栏及混凝土防撞挡墙,可以起到保护铁路路基安全的作用。     

On the overriding issue of train front end collision in rail vehicle dynamics

A three-dimensional dynamic model of crashed vehicles coupled with moving tracks is developed to research the dynamic behaviour of the train front end collision on tangent tracks. The three-dimensional dynamic model consists of a crashed vehicle model, moving track models, a simple wheel–rail contact model, a velocity-based coupler model and the model of energy absorption and anti-climbing devices. The vector method dealing with the nonlinear wheel–rail geometry is put forward in the paper. The developed model is applicable in the scope that central collisions occur on tangent tracks at low speeds. The examples of the vehicle impacting with a rigid wall and the train front end collision are carried out to obtain the dynamic responses of vehicles. The overriding issue is studied on the basis of the wheel rise in train collisions. The results show that the second bogie of the first colliding vehicle possesses the maximal wheel rise. The wheel rise increases with the increase of vehicles. However, the number of vehicles has tiny influence on the overriding in train collisions at low speeds. On the contrary, the impact speed has significant influence on the overriding in train collisions. The wheel rise increases rapidly if the impact speed is close to the critical speed of overriding. The large wheel rise is principally generated by the great coupler force related to the rigid impact in the axial direction.