半拱形公路棚洞结构抗冲击性能优化

利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟落石冲击荷载作用下半拱形棚洞结构的动力特性,在分析棚洞结构受力变形的基础上,探索其抗冲击性能优化方法,提出通过调整棚洞截面形式控制应力扩散路径,从而提高棚洞的抗冲击性能。研究表明:将半拱形棚洞拱墙和顶板的连接断面向立柱方向水平偏移,使棚洞拱墙半径增大,水平顶板宽度减小,能有效降低滚石冲击引起的最大等效应力,减小棚顶的最大变形量,增强棚洞结构的抗冲击性能。     

滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究

棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能量,大幅度降低滚石冲击力,是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础,考虑棚洞土垫层的弹塑性特性,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石法向冲击荷载下耗能垫层结构,分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响,为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明:按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力;滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形;土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量,大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。     

大跨半拱斜柱式棚洞设计探讨

以目前国内规模最大的某4车道大跨半拱斜柱式棚洞为背景,从棚洞结构断面及尺寸拟定、构造措施、结构分析计算、边坡防护等方面进行阐述,对大跨半拱斜柱式棚洞结构受力特点、墙柱配筋形式、地层条件的适应性、构造措施的依据等进行分析。结果表明,按受力位置考虑,结构应设计为"强柱薄墙"形式,基础与结构的抗弯刚度比应大于10∶1,结构可不考虑边坡残余荷载,棚洞基础需锚固及横向连接。     

基于环境保护的大跨棚洞结构型式优化研究

随着社会的进步，公路隧道环保型建设技术日益受到重视。本文提出在隧道进出口边坡段、傍山路线段设置半隧道或棚洞结构，以最大限度减少植被破坏并保持山体稳定；同时提出五种棚洞结构型式，并采用ANSYS有限元软件分别计算其结构的弯矩、轴力、剪力；从受力合理性看，全拱式棚洞为最优方案。     

棚洞垫层厚度对落石冲击影响研究

为研究棚洞垫层厚度对落石冲击影响,首先利用ABAQUS有限元软件建立了落实冲击棚洞模型,针对棚洞垫层厚度与冲击深度、最大冲击力进行了分析,并探讨了棚洞垫层的合理厚度,研究提出的棚洞垫层厚度,建议值,为后续落石防护提供理论基础,对强风化边坡区域的落石防护方面的研究应用具有重要的理论参考价值。     

汶川地震后10年公路明（棚）洞病害及处治工程的启示

为剖析明（棚）洞病害机制，指导工程建设，通过对G213映汶路、G213川汶路、G317汶马路、G245乌甘路、S209龙三路、S463亚三路6条公路上40余座“5·12”汶川地震后建成的钢筋混凝土明（棚）洞在经历地震、暴雨等灾害以后的跟踪调查，全面统计明（棚）洞病害分布，系统描述病害类型，详细分析病害成因、处理措施及效果。研究结果表明，明（棚）洞建设应做好以下工作： 1)做好选址及调查工作，合理估算冲击荷载并优选结构; 2)设置可靠的防冲结构确保下边坡稳定; 3)加强结构抗冲击能力研究并科学设置缓冲层; 4)重视施工期安全防护并确保施工质量。     

基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计

受线形、地形地貌等因素的影响,山区公路的傍山路段不可避免地要形成高边坡或偏压隧道,为减小地质灾害,最大限度地保护自然生态环境,棚洞结构是一个很好的选择。与普通明洞结构不同,棚洞结构受力比较复杂,不仅承受回填偏压荷载,还要不同程度地受人工边坡的影响。为深入研究边坡对棚洞结构的影响,提出了采用基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计,应用有限元软件动态模拟了棚洞施工的全过程,重点分析了不同应力释放率（0～50%）的荷载作用于棚洞时的结构内力及变形特征。     

落石冲击棚洞结构的动力响应研究

我国西部山区地形复杂,存在诸多高陡边坡,因此落石灾害时有发生,已严重威胁公路交通安全及人民生命安全。棚洞结构在落石灾害防治中起到了重要作用,但落石冲击棚洞的动力响应过程十分复杂,尤其是落石与棚洞的瞬态接触过程,然而目前国内外学者对于落石冲击问题的研究仍不够完善。为深入研究落石冲击下棚洞结构的动力响应特征,通过建立相应的ANSYS/LS-DYNA有限元模型,分别对落石质量、落石形状、落石下落高度及落石冲击角度4种不同工况下的棚洞结构动力响应过程进行了模拟研究。对不同工况下的冲击力时程曲线、冲击深度时程曲线和Mises等效动应力时程曲线等模拟结果进行了分析。结果表明:冲击力、冲击深度、棚顶Mises等效动应力与落石质量、下落高度呈正相关;在法向方向上,冲击力、冲击深度与冲击角度呈正相关,在切向方向上,45°时冲击所产生的冲击力最大,冲击深度与冲击角度呈负相关;长方体落石和立方体落石所产生的冲击力和棚顶Mises等效动应力大于球体落石,而冲击深度小于球体落石。     

落石作用于钢筋混凝土棚洞的冲击力研究

为解决钢筋混凝土棚洞设计中的关键问题之一,即如何计算落石作用于钢筋混凝土棚洞的最大冲击力问题,以冲量定理为基础,推导出了落石最大冲击力的近似计算方法;以实际棚洞结构为原型,利用有限元方法确定近似计算方法中参数的取值,得到了落石作用于钢筋混凝土棚洞的冲击力公式。该公式考虑了落石形状、质量、冲击速度、垫层材料、垫层厚度以及棚洞跨度等主要影响因素,并与试验数据作对比验证了该公式的合理性。研究结果表明:落石形状、质量、冲击速度、垫层材料、垫层厚度对冲击力影响较大,而棚洞跨度对冲击力影响较小;落石形状、质量、垫层材料、垫层厚度对冲击时间影响较大,冲击速度、棚洞跨度对冲击时间影响较小。该结论可为今后钢筋混凝土棚洞在落石冲击作用下的设计提供理论依据。     

组合式消能棚洞结构受荷性能研究

落石棚洞是公路交通中常见的危岩地质灾害防治结构，可分为靠垫层来吸收落石冲击能量的传统落石棚洞和靠弹簧耗能减震来吸收冲击能量的新型落石棚洞两类。运用薄板理论、结构力学以及变形协调理论对组合式消能棚洞结构受荷性能进行了研究，得到了顶板在落石冲击力作用下内力解析解以及棚洞横梁、纵梁的内力计算表达式。以国道G319武隆境内的某棚洞为例，对消能棚洞的内力进行了分析，采用消能棚洞结构形式后，横梁最大弯矩以及纵梁上下侧最大弯矩分别降低了15.0%，17.3%和6.9%，说明消能棚洞结构内力消减效果明显，较大地提高了其承载能力。     

川藏公路隧道洞口段棚洞方案研究

依托G4218高等级川藏公路项目，介绍了国道G318既有棚洞应用现状，并对多种棚洞方案进行了分类研究。针对地形条件复杂、地质环境恶劣的隧道洞口选址难题，提出不同的隧道洞口段棚洞解决方案，同时通过建立有限元数值模型对典型隧道洞口棚洞结构方案进行优化设计，并总结了棚洞设计过程中的要点。     

傍山隧道棚洞式洞门设计

依托国道111安岭梁隧道实际地形与岩性特征,对傍山隧道提出并采用新型景观性棚洞式洞门设计.有限元模拟计算表明,棚洞结构变形及受力较合理,能够满足相关规范的安全性要求.     

棚洞结构模型试验研究

为了深入研究公路棚洞与边坡围岩体间的相互作用关系,应用基本相似模型试验,对不同边坡围岩条件、不同开挖坡率、不同回填体材料、不同边坡高度等组合情况进行试验。试验过程中,对回填体与边坡及棚洞结构间的接触应力、棚洞结构的表面应力、棚洞结构的位移等指标进行测试。模型试验结果表明,在相同边坡条件和棚洞结构条件下,土石回填相对于片石回填,棚洞结构的内力更大;相对于土质边坡,岩质边坡情况下棚洞结构受回填体材料的影响更大。     

桩柱式桥墩的减隔震抗震性能研究

文中以桩柱式现浇箱梁桥为背景,采用midas Civil有限元软件分析在不同墩柱直径、墩柱形式和支座类型下桥墩的抗震性能,以确定合理的桥墩形式和支座类型。结果表明:墩柱直径越大,墩底弯矩越大;相同尺寸的方柱比圆柱抗震性能好;减隔震支座能有效地消耗能量,降低结构的位移。     

双层行车棚洞结构选型设计研究

在沿河傍山地段进行公路修建时,设置棚洞结构,能够兼顾环境和经济效益。同时充分利用棚洞洞顶空间及分离式路基的灵活性,设置双层行车棚洞结构,以实现减少山体开挖、保持山体稳定并达到环境保护的目的。该文提出了6种双层行车棚洞结构,通过比选论证,选用3种双层行车棚洞结构进行了有限元数值模拟。根据研究分析结论,提出了结构设计和选型建议。     

复合材料车轮冲击试验仿真分析

根据轿车车轮冲击试验方法要求,建立复合材料车轮的冲击试验有限元模型,然后使用非线性有限元动力学分析软件LS-DYNA对复合材料车轮冲击过程进行了仿真分析,并获得了车轮上某些测量区域冲击应变的时间历程,并与结构相同的铝合金汽车车轮相同部位的应变进行了对比.结果表明,复合材料车轮应变比铝合金车轮小30%-40%,说明其抗冲击性能更优.     

钢纤维混凝土(SFRC)的增强增韧机理及冲击特性研究

普通混凝土材料脆性大、易开裂、抗冲击性差,不适合承受高速冲击或爆炸的工程,而钢纤维混凝土(SFRC)具有优良的阻裂、增韧和抗冲击性能,将其用于抗爆结构是行之有效的。文章在分析冲击载荷下SFRC强度、韧性等动态力学性能的基础上,探讨了钢纤维的增强增韧和耗能机理,系统论述了钢纤维体积率、长径比、制作工艺、外惨料、基体混凝土、应变率效应等因素对SFRC抗冲击性能的影响,提出了提高SFRC抗冲击性能的途径,为抗爆工程中应用SFRC提供了依据。     

大跨度独塔斜拉桥动荷载试验与分析

基于有限元分析理论,借助有限元通用计算程序,以独塔斜拉桥为工程背景,对该桥的自振特性进行了理论分析,并通过对结构进行的动荷载试验,将现场采集的试验数据与理论计算数据进行了对比分析,发现自振频率理论值低于实测值,冲击系数实测值比理论值小,说明结构实际刚度比理论刚度大,具有较好的抗冲击性能。     

冲击压实破碎旧水泥混凝土路面施工对盖板涵影响的研究

冲击压实施工时产生巨大的冲击波,会对改建线路桥涵产生严重影响。结合冲击压实技术在316国道福州段旧水泥混凝土路面改建工程中的应用,运用有限元采用拟静力法模拟冲击压实的动力作用,计算分析了由冲击压实载荷引起的附加应力在土基中的分布性状。并根据有限元计算结果,分析计算了冲击压实荷载作用下不同埋深盖板涵顶面的受力情况,进一步通过构造配筋比和冲击压实工作区两个概念,探讨了冲击压实施工时不同埋深盖板涵竖直和水平方向的安全控制距离。研究结论可为冲击压实安全施工控制提供参考。     

复合式组合拱架受力特性研究及应用

以某钢筋砼拱桥的复合式组合拱架为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil2012建立3种不同受力模式的组合拱架有限元模型,分析了不同受力模式拱架的竖向变形、稳定性等参数的差别。结果表明,在相同受力工况下,复合式组合拱架采用拱式结构的最大竖向变形比梁式结构减小约20%,最大应力减小11.4%~24.7%,弹性稳定性增大约28.6%。