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车辆撞击作用下的桥梁动力响应分析

作　者: 刘姗
导　师: 李睿
学　校: 昆明理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 车辆动力响应桥梁防撞撞击力有限元分析
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

城市道路、高速公路上的跨线桥等结构物的大量修建不仅成为缓解交通阻滞的主要途径,也是一道美丽的风景线。但是由于各种原因,如车辆超载超高、驾驶人员违章驾驶等原因,造成车辆撞击桥梁的事故屡有发生。虽然国内外对桥梁被撞的防治做了很多的研究工作,但是专门针对桥梁在车辆撞击作用下的响应研究仍然较少,本文针对立交桥常用的上、下部结构形式以及防撞设施,分析其在车辆碰撞作用下的非线性动力响应,并对其优缺点进行比较分析,为桥梁防撞设施的设计提供参考。本文的主要工作如下：首先,对现有的理论和计算方法进行了综述。汽车冲击力主要是由于其高速运动产生,而汽车对桥梁的撞击与船舶撞击桥梁,其力学行为类似,本文在总结国内外公路桥梁的有关于船舶撞击桥梁的计算方法及研究现状的基础上,对各国规范车辆的撞击力进行了比较,选用合适的计算方法进行碰撞分析。在本文的计算中应用有限元动态接触方法对碰撞过程进行数值模拟。其次,对桥梁在汽车撞击作用下的数值分析方法进行了研究,汽车对桥梁的冲击是一种复杂的非线性动态响应过程,碰撞区域构件一般都将迅速超越弹性阶段而进入塑性流动阶段,需选取适合碰撞计算的动态混凝土本构模型进行计算。在本文的计算中桥梁混凝土及汽车材料模型采用混凝土随动硬化帽盖材料模型。最后,对城市道路、高速公路上常用的桥梁结构形式及其附属防撞设施在汽车撞击作用下的非线性动力响应进行计算。本文下部结构桥墩采用无防撞设施、外包混凝土防撞设施、外包混凝土加填充物防撞设施的三种桥墩形式,上部结构采用箱梁及墙式防撞护栏,分别对其建立三维实体有限元模型,尽量模拟符合桥梁实际使用阶段的载荷和位移边界条件,对汽车进行理想化假设,对其进行非线性动力响应分析。通过汽车对桥梁的撞击分析,为以后类似桥梁的设计及其附属防撞设施等结构的设计提供可以借鉴的方法。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-18
  1.1 引言  11-13
  1.2 选题依据与意义  13-15
    1.2.1 选题的依据  13-14
    1.2.2 研究的意义  14-15
  1.3 国内外车辆撞击桥梁问题的研究现状  15-17
    1.3.1 国外研究现状  15
    1.3.2 国内研究现状  15-16
    1.3.3 车辆碰撞对桥梁的破坏  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-18
第二章车辆对桥梁的碰撞理论  18-35
  2.1 车辆碰撞研究理论  18-22
    2.1.1 计算理论  18-20
    2.1.2 接触—碰撞有限元计算理论  20-21
    2.1.3 接触—碰撞的数值计算算法  21-22
  2.2 车辆撞击力的计算方法  22-30
    2.2.1 三种规范车辆撞击力  22-24
    2.2.2 能量法  24-26
    2.2.3 接触算法  26-30
  2.3 车辆撞击下桥墩的横向瞬态响应  30-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章有限元模型及相关技术  35-60
  3.1 LS-DYNA程序介绍  35-36
  3.2 显示与隐式时间积分算法介绍  36-37
  3.3 单元介绍  37-40
    3.3.1 SOLID164  37-39
    3.3.2 BEAM161  39-40
  3.4 非线性有限元控制方程  40-42
  3.5 材料的本构模型选择  42-58
    3.5.1 混凝土本构模型  42-55
    3.5.2 钢筋本构模型  55
    3.5.3 泡沫铝材料本构模型  55-58
  3.6 力学模型简化  58-59
  3.7 本章小结  59-60
第四章桥梁在车辆撞击作用下的动力非线性响应  60-107
  4.1 有限元模型  60-64
  4.2 防撞设施一的桥墩在车辆撞击作用下的响应分析  64-75
    4.2.1 工况的建立  64-66
    4.2.2 各工况下的动力响应  66-75
  4.3 防撞设施二的桥墩在车辆撞击作用下的响应分析  75-85
    4.3.1 工况的建立  75-76
    4.3.2 各工况下的动力响应  76-85
  4.4 防撞设施三的桥墩在车辆撞击作用下的响应分析  85-96
    4.4.1 工况的建立  85-86
    4.4.2 各工况下的动力响应  86-96
  4.5 防撞护栏在车辆撞击作用下的响应分析  96-105
    4.5.1 工况的建立  96-97
    4.5.2 各工况下的动力响应  97-105
  4.5 本章小结  105-107
第五章结论及展望  107-110
  5.1 本文工作的总结与不足之处  107-109
  5.2 有待进一步研究的工作  109-110
参考文献  110-116
致谢  116-117
攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目  117

车辆撞击作用下的桥梁动力响应分析

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