落石沖擊作用下橋梁墩柱損傷和防護(hù)研究.pdf

1、隨著我國對西部山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的大力修建，橋梁已經(jīng)作為山區(qū)建設(shè)中不可或缺的結(jié)構(gòu)物。由于我國西部是眾多大江大河的源頭，該地區(qū)降水量豐富，河岸山體巨大且較高，懸崖陡峭，容易發(fā)生滑坡、泥石流和崩塌落石等地質(zhì)災(zāi)害。對于西部的山區(qū)公路橋梁，兩岸落石撞擊橋墩的事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響橋墩的正常工作性能，因此落石災(zāi)害對橋梁的影響也逐漸突出。這成為西部山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)。
　　對于落石沖擊橋梁墩柱方面研究文獻(xiàn)缺乏，更缺少完整的落石沖擊姿態(tài)

2、對橋梁墩柱的損傷影響和墩柱受沖擊損傷后對橋梁運(yùn)營狀態(tài)的評估。鑒于上述情況，論文以G213線川主寺至汶川路災(zāi)后復(fù)建工程中一橋梁為研究背景，采用顯示動力分析方法，研究落石沖擊作用下橋梁墩柱的動態(tài)響應(yīng)、損傷規(guī)律及其剩余承載力和橋墩受損后的通行能力評估。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.首先綜述整理了國內(nèi)發(fā)生大型落石災(zāi)害的案例，其多發(fā)生于西部地區(qū)或是地震后的山區(qū)，引出了論文的選題背景及意義;介紹分析了國內(nèi)外研究落石方面的概況，包括落石災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、

3、落石運(yùn)動特征、落石沖擊、防護(hù)措施及結(jié)構(gòu)承載力等方面的研究。在第二章中對沖擊的概念、沖擊基本方程做了介紹和推導(dǎo)。
　　2.研究了落石的四種運(yùn)動特征方程，即落石自由飛落、落石滑動、落石滾動和落石碰撞回彈。由于大多數(shù)的研究都采用法向恢復(fù)系數(shù)和切向恢復(fù)系數(shù)的方法，求解兩個(gè)方向上的速度較為繁瑣，因此通過整合兩個(gè)方向上的恢復(fù)系數(shù)推導(dǎo)了落石在碰撞回彈中的恢復(fù)系數(shù)方程，定義為“合恢復(fù)系數(shù)”，它可以更為直觀地反映出速度的變化。通過采用落石運(yùn)動軌跡模

4、擬軟件ROCFALL，以川汶公路上某一危險(xiǎn)邊坡為原型，進(jìn)行了1000次落石運(yùn)動特征的數(shù)值模擬分析，計(jì)算出其運(yùn)動參數(shù)，為后續(xù)落石沖擊橋墩提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。
　　3.通過落石沖擊墩柱足尺和縮尺試驗(yàn)，研究了在不同落石沖擊能量下墩柱的損傷情況。以及與數(shù)值仿真計(jì)算的對比研究，驗(yàn)證了數(shù)值仿真的可靠性，為后續(xù)落石沖擊墩柱的各個(gè)影響因素進(jìn)行大量的參數(shù)分析提供依據(jù)。
　　4.基于對落石運(yùn)動特征的研究，確定了橋墩、落石和鋼筋等相關(guān)參數(shù)。介紹了沖擊

5、數(shù)值計(jì)算方法，通過專業(yè)3D造型軟件Rhinoceros進(jìn)行幾何建模，再導(dǎo)入高性能有限元前處理軟件HyperMesh進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，建立了落石沖擊橋墩有限元模型，并對損傷本構(gòu)模型、邊界條件和穩(wěn)定性評價(jià)做了詳細(xì)介紹。
　　5.通過非線性顯示動力分析軟件LS-DYNA，對落石沖擊山區(qū)常用獨(dú)柱式和雙柱式橋墩進(jìn)行了計(jì)算分析。通過對比分析其損傷體積、侵徹深度、損傷面積和墩項(xiàng)位移相關(guān)損傷參數(shù)，研究了落石及橋墩相關(guān)參數(shù)對其損傷的影響。

6、　　6.對獨(dú)柱式墩和雙柱式墩在落石沖擊作用下進(jìn)行了倒塌過程模擬分析，得出墩柱即刻倒塌破壞的能量。但由于使得墩柱破壞的落石沖擊能量并未有即刻倒塌破壞能量大，因此隨后進(jìn)行了剩余承載力計(jì)算，通過計(jì)算的數(shù)據(jù)線性擬合了剩余承載力的計(jì)算公式，并借鑒了地震易損性方面的內(nèi)容和公式定義了落石沖擊橋墩的損傷度來評價(jià)沖擊橋墩的損傷程度，進(jìn)而對橋墩的破壞狀態(tài)分為五個(gè)等級，通過計(jì)算評估其受損后的通行能力，從而明確了落石沖擊的危險(xiǎn)能量。并以此為依據(jù)，對落石沖擊橋墩