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基于运营安全的高速公路人行天桥中墩防撞综合措施研究

作　者: 曲世琨
导　师: 姚国文
学　校: 重庆交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 半刚性护栏有限元分析碰撞过程优化设计
分类号: U417.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要

随着交通运输事业的不断发展,汽车交通量增大,因而受汽车撞击而诱发的桥梁垮塌事件正在日益增多。资料统计表明,最近几十年来,世界发生的汽车撞墩毁桥的重大事故就超过100余起。这类事件往往引起桥梁结构、使用寿命、安全性及抗震能力的损失,严重的更会造成桥毁人亡等灾难性后果。因此,开展车桥碰撞及桥墩防撞设施的研究,具有十分重要的意义。本文对桥墩防撞设施的国内外研究现状进行了阐述,车桥碰撞机理作了研究,阐述了车桥碰撞研究中常用研究方法,计算机仿真技术及非线性有限单元法在车撞桥研究中的应用越来越广；通过查阅国内外文献,按照日本学者岩井·聪提出的桥墩防撞设施的分类方法,对桥墩的防撞设施进行了综合阐述,并对我国常用的几种防撞保护系统比较,得出半刚性护栏防撞装置使用效果较好的结论；按照岩井·聪提出的桥墩防撞设施的分类方法,对目前已有桥梁防撞设施的使用情况以及适用场合进行了评述；在对船桥碰撞研究方法分析的基础上,结合已有的船桥碰撞防撞设施,利用船舶碰撞防撞设施非线性有限单元法结论提出了车桥碰撞防护的结构优化与改进方案。进一步总结了国内外护栏的发展历史,研究现状,及对于护栏开发常用的研究方法,介绍了汽车与护栏碰撞过程分析的动态显式有限元方法的基本原理和有关算法,涉及到有限元求解控制方程、单元算法、材料模型和应力修正、时间积分以及接触碰撞界面等,为后面的汽车与护栏碰撞提供了理论依据。进一步使用有限元软件ANSYS及LS-DYNA对汽车-柔性护栏碰撞系统进行数值模拟,通过改变护栏结构参数改进半刚性护栏设计。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外桥墩防撞措施的研究进展  12-18
    1.2.1 桥墩碰撞研究方法进展  12-14
    1.2.2 桥墩碰撞机理研究进展  14-15
    1.2.3 桥墩防撞措施研究进展  15-16
    1.2.4 现有车桥防撞措施分析  16-18
  1.3 本文研究内容  18-19
第二章高速公路跨线桥中墩防撞综合措施分析  19-28
  2.1 桥墩防撞设施的综合要求  19
  2.2 桥墩防撞技术方案分析  19-21
  2.3 防撞护栏结构研究  21-27
    2.3.1 护栏分类  22-23
    2.3.2 防撞护栏结构  23-26
    2.3.3 护栏防撞性能研究  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章车辆-护栏碰撞有限元模型  28-54
  3.1 车辆-护栏碰撞的动力学模型  28-33
    3.1.1 "点支撑的连续梁"力学模型  28-29
    3.1.2 局部变形的"弹簧-质量"力学模型  29-30
    3.1.3 "伪静力"模型  30-33
  3.2 汽车-半刚性护栏碰撞过程的有限元模型  33-40
    3.2.1 显式动力学基本理论  33-37
    3.2.2 碰撞过程中材料非线性的有限元分析  37-38
    3.2.3 碰撞过程中接触非线性的有限元分析  38-40
    3.2.4 非线性问题的解法  40
  3.3 碰撞动力学的有限元分析  40-41
  3.4 车辆-护栏碰撞体系的有限元模型  41-42
  3.5 建模的几个基本问题  42-43
  3.6 单元属性的确定  43-47
    3.6.1 单元选取  43-45
    3.6.2 护栏碰撞系统的材料模型选取  45-47
    3.6.3 实常数  47
    3.6.4 网格形式与密度  47
  3.7 护栏碰撞系统有限元模型的求解控制  47-52
    3.7.1 时间积分格式与时间步长控制  48-50
    3.7.2 沙漏控制  50
    3.7.3 接触耦合控制  50-51
    3.7.4 输出控制  51-52
    3.7.5 汽车与护栏碰撞过程中的假设和简化处理  52
    3.7.6 边界约束  52
  3.8 小结  52-54
第四章半刚性特殊护栏体系防撞性能研究  54-76
  4.1 半刚性护栏防撞系统的有限元结果分析  54-75
    4.1.1 护栏碰撞系统车辆质量的确定  54
    4.1.2 护栏防撞性能评价标准  54-55
    4.1.3 半刚性特殊护栏碰撞动力学分析  55-75
  4.2 本章小结  75-76
第五章车撞桥墩风险分析与中墩防撞措施优化设计  76-84
  5.1 车撞桥墩系统风险及后果分析  76-78
    5.1.1 风险分析方法概述  76-77
    5.1.2 车撞桥的后果评估  77-78
  5.2 车撞桥的风险对策  78-79
  5.3 防撞设施优化设计  79-83
    5.3.1 防撞的基本原理  79
    5.3.2 不同防撞设施的比较  79-80
    5.3.3 防撞设施选定  80-83
  5.4 本章小结  83-84
第六章结论与展望  84-86
  6.1 结论  84
  6.2 进一步工作的展望  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-90
硕士期间发表的论著及取得的科研成果  90

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