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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

落石冲击拦石墙的动力响应模拟研究

为深入研究落石冲击作用下拦石墙的动力响应特征,以达到提高拦石墙结构设计安全性的目的,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了相应的有限元模型.首先结合已有的模型试验以及常见的冲击力计算公式验证了有限元模型的可靠性,然后重点分析了落石质量、落石冲击速度、落石冲击角度、落石形状等4个因素对落石冲击拦石墙结构动力响应...     

框架型棚洞承受落石冲击力的模型试验研究

针对框架型棚洞在不同种类缓冲垫层防护下抵抗落石冲击力的力学性能,通过大比例尺室内模型试验进行了测试研究。分析了在不同种类缓冲垫层和不同冲击能量下落石冲击力的变化规律;依据试验数据和理论推导给出了反应落石平均冲击力与最大冲击力之间关系的扩大系数,改进了框架型棚洞在不同类型缓冲垫层防护下落石冲击力的计算方法。研究结果表明:改进的落石冲击力计算方法能够综合考虑影响落石冲击力大小的诸多因素;对于特定的落石冲击能量,不同类型的垫层属性所反应的落石冲击力大小实质是受到垫层属性函数f~(h,E,μ,γ)的影响,具体表现为f值越大,不同垫层种类下的冲击力扩大系数的离散性越小,反之越大。     

基于Hertz理论的落石撞击桥墩冲击力计算公式及参数研究

落石撞击棚洞的冲击力公式已较为成熟,但落石撞击桥墩的冲击力公式研究较少。基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,通过速度恢复系数引入落石反弹计算项,建立了落石撞击桥墩的力学计算模型,推导了落石撞击桥墩的弹性和弹塑性冲击力表达式,并讨论了落石的冲击速度、冲击角度及半径对冲击力的影响;建立落石-桥墩有限元模型,将数值模拟得到的弹性与弹塑性冲击力与理论值进行对比。结果表明:落石弹性冲击力结果偏大,考虑材料弹塑性的冲击力表达式更符合工程实际。实例结果显示弹塑性冲击力仅为Hertz弹性冲击力的21.58%;落石冲击力随着冲击速度和半径的增大而递增,随着冲击角度的增加而递减;在进行桥墩防撞设计时,应充分调研落石等效半径的分布情况,可在碰撞区铺设一定厚度的低强度混凝土;用弹塑性冲击力理论公式进行设防时,建议引入落石弹塑性冲击力折减系数,其值可取0.6~0.8。     

跨中受落石冲击的拱形护桥明洞力学响应

为了解落石冲击下拱形护桥明洞的力学响应特征,以高铁双线拱形护桥明洞为研究对象,采用动力有限元方法,分析质量为2 000 kg的球形落石,从50 m垂直高度处沿不同方向冲击结构顶部跨中时结构的力学响应。研究表明： 冲击过程中结构的受力不利部位与冲击前自重作用下相同,上部结构的拱顶、拱脚内侧、边墙墙脚外侧和下部结构桩基的柱顶内侧和柱脚外侧等部位是受力不利部位,且桩基的外侧立柱受力要大于内侧立柱; 冲击过程中结构荷载效应变化率以垂直冲击最大,沿结构纵向45°次之,沿结构侧向45°最小; 在本次计算范围内,所设计的拱形护桥明洞结构最大应变率小于1×10-3 s-1,属准静态力学范围,落石最大侵彻缓冲层深度为0.9 m,而设计的缓冲层厚度为2 m,同时最大、最小应变值均在材料极限应变范围内,说明结构可以承受本次分析工况下的落石冲击; 经缓冲层将落石冲击力传递到结构顶部的冲击荷载主要集中在拱顶中部,宽度占结构顶部总宽度的16.7%,拱顶中部承受了整个冲击荷载的44.9%。     

万州太白岩南坡旅游公路落石棚洞结构设计

崩塌落石灾害严重危害区内经济活动和人民生命安全,落石棚洞是防御此类灾害的有效措施之一。以重庆市万州太白岩南坡旅游公路为研究对象,针对其狭窄的地形及其作为旅游点的周围环境条件,系统地提出了棚洞设计方案,得到其结构各部件的计算方法,为相应工程提供一定的借鉴。     

路基棚洞设计与施工技术的研究

为保护老狐山隧道右线出口路基段的边坡和自然环境,减少开挖,采用棚洞的结构型式,避免由于大开挖引起的边坡或山体不稳定而产生的落石、滑坡滑塌等灾害发生。用midas数值计算软件对棚洞结构进行计算,得出棚洞结构的位移和应力,并和规范进行对比,结果显示棚洞结构是安全的。对高边坡工程的处治有一定的指导意义。     

基于ANSYS/LS-DYNA的落石冲击力研究

落石冲击力的计算方法目前以半经验半理论算法为主，计算值与实测冲击力存在较大差别，其适用性、合理性一直未得到工程界一致认同。结合前人冲击试验结论，参考国内外具有代表性的5种冲击力计算方法，阐明了ANSYS/LS-DYNA软件分析落石碰撞地面问题的可行性，此法不仅能考虑落石形状、地面岩土体物理力学特性及其空间分布特征，而且还能考虑不同入射角的碰撞问题；同时还分析了落石入射角、落石形状对冲击力的影响规律。研究结果表明:①初始速度大小相同时，冲击力与入射角呈正线性相关，而冲击力与落石尺寸的关系曲线则为一条正相关的抛物线；②同样重量的落石，块状落石与球状落石形成的最大冲击力相当，而块状落石的平均冲击力则为球状落石的1.1～1.3倍；③球状落石与地面碰撞时最大冲击力约为平均冲击力的1.6～2.1倍，块状落石与地面碰撞时最大冲击力则约为平均冲击力的1.5～1.8倍。     

公路滚石荷载下不同结构类型棚洞的抗冲击性能分析

随着棚洞应用数量的不断增加,其安全性和稳定性越发值得重视,然而在实际工程应用中棚洞被砸坏的案例仍是屡见不鲜。借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立不同类型棚洞的有限元模型,并对滚石冲击下的不同结构类型棚洞的响应进行了数值仿真。研究表明:(1)滚石冲击荷载会使棚洞结构中产生冲击波,冲击波的传播会引起结构应力和变形震荡,门式棚洞比半拱式棚洞的震荡反应明显;(2)抗冲击性能方面,斜柱式棚洞比直柱式棚洞更优越,半拱式棚洞比门式棚洞有优势;(3)门式棚洞和半拱式棚洞在冲击作用下的结构最危险处都位于立柱顶部内侧。首次从结构角度出发研究棚洞的抗冲击性能,其成果完善了棚洞既有理论,并为今后棚洞的合理设计和施工具有重要的指导意义。     

落石冲击下隧道明洞耗能措施研究

以成都至兰州铁路某隧道洞口落石防护工程为背景,提出采用聚苯乙烯泡沫(EPS)轻质混合土代替砂垫层作为明洞回填材料。为研究EPS轻质土的耗能减振效果,采用动力有限元方法对落石冲击过程进行数值模拟。结果表明:与传统的砂垫层相比,EPS轻质土能够有效减少明洞上方填土压力,显著降低落石冲击力和衬砌动应力;采用较小的垫层厚度即可取得很好的消能效果,是一种优良的落石防护垫层材料。     

小平地隧道进口危岩落石分析及整治设计

根据成昆铁路小平地隧道洞口岩体结构发育分布情况,结合三维激光扫描技术解释,确定落石的最大直径及方量;通过落石模拟计算,分析危岩体的运动特征,包括落石落下的最大可能位置、弹跳高度和能量等;分析采用被动防护网和钢棚洞相应的安全性,在保证铁路运营安全的前提下合理确定整治措施的规模,进而提出了洞口防治的综合处理措施。该设计思路、落石防护结构型式具有代表性,对今后类似工程的处理具有很好的参考价值。     

交通荷载作用下风积沙低路基动力响应分析

通过建立三维地基与路基模型，对交通荷载作用下风积沙换填地基与风积沙低路基动力响应进行了数值计算，分析了竖向位移、应力沿深度变化的规律以及动力响应的滞后效应，得到了动力时程曲线，确定了路基动力响应影响深度约为1.9 m。     

公路沿线落石运动特征及被动防护优化

我国山区公路沿线落石灾害问题突出。对于该灾害问题,目前我国尚缺乏有效的防护措施。对某公路沿线典型坡面,运用落石分析软件RocFall,分析落石的运动特征,包括落石的冲击动能、运动轨迹、落点位置、弹跳高度及它们的统计结果,探讨了有关设置拦石墙、铺设植被等被动防护措施的优化设计。     

滚石撞击桥墩动力响应试验

为正确估计滚石撞击山区桥梁结构的动力响应,以中国西部山区中广泛采用的矩形桥墩为对象,利用45°,90°,135°不同高度重力摆锤下落,对3种不同截面尺寸(20cm×20cm,30cm×30cm,40cm×40cm)矩形墩柱进行冲击试验,从动态损伤扩展、墩柱撞击力及墩顶动力响应等方面研究矩形墩柱的冲击响应过程和破坏机理,并将墩柱撞击力时程曲线与中国《公路路基设计规范》(JTG D10—2016)及日本道路公团给出的等效静力撞击力计算公式进行对比和讨论。研究结果表明:冲击荷载作用下,墩柱可能出现整体损伤及局部损伤2种损伤形态,其中局部损伤出现在墩柱撞击区域,主要为剪切裂缝,整体损伤出现在墩底,主要为弯曲裂缝;墩柱整体刚度的提高对撞击区域混凝土局部损伤影响不大,但能减小墩顶位移,增大撞击力峰值;随着重力摆锤下落高度的提高,撞击初始动能越大,墩柱的墩顶位移及撞击力峰值都将增大;中国《公路路基设计规范》撞击力计算公式与试验平均撞击力接近,计算结果偏小,设计不安全,日本道路公团公式的分析结果与实测墩柱撞击力峰值吻合良好,建议工程设计予以采用。     

大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架动力效应分析

为研究在动力荷载作用下,大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架的动力效应,将车辆模拟为弹簧-质量块模型,并以贵黔高速公路鸭池河特大桥为工程背景,基于Ansys瞬态分析功能建立了车辆匀速通过的有限元动力模型,分析了主桁架构件的响应情况,包括构件轴力变化幅度、下弦杆动应力及构件冲击系数。结果表明:不同位置构件的动力响应程度不同,主桁架中下弦杆轴力变化幅度最大,上弦杆次之,竖腹杆最小;上弦杆是对动力效应最为敏感的构件,且跨中构件的动静载的轴力变化幅度比值较其他位置大;跨中下弦杆应力时程曲线是在静力解曲线的基础上浮动,随着车速的增加,浮动的幅度也越大;动力荷载对主桁架构件的冲击作用十分显著,主桁架构件的冲击系数随车速增加而显著增大,高车速行驶时,跨中构件的冲击系数远大于规范计算值,在桥梁设计中宜对构件进行动力分析。     

圆形隧道洞身衬砌结构内力地震动力响应分析

隧道结构内力是衬砌结构检算的依据。论文采用ABAQUS软件对隧道洞身在纵向正弦地震波作用下,对结构内力的效应情况进行了分析。结果表明:结构内力在静态时的正负情况,影响其在动力状态下的响应规律。同时,静力分析的主控检算断面仍然是动力分析的检算断面,设计应结合动力分析内力时程曲线的内力极值,开展结构检算。