随着绿色、可持续发展理念的持续推进,桥梁预制拼装技术迅速发展。近年来,我国关于下部结构预制拼装技术的研究与应用逐渐增多。然而,城市交通量与日俱增,交通事故不断发生,车桥碰撞事故层出不穷。因此,开展预制桥墩抗撞性能的研究至关重要。
本文旨在探讨车辆撞击对节段拼装桥墩结构的影响,以及其对结构的动态响应和破坏程度。主要内容包括:
(1)使用 LS-DYNA 建立节段拼装桥墩的有限元模型,参照已有试验验证有限元模型的可靠性,比较了整体式桥墩与节段拼装桥墩在撞击作用下的动力响应差异,并进一步分析了外荷载参数和结构参数的影响。经计算得到结论:撞击力呈现明显的非线性特征,位移响应模式以顶部节段和中部节段围绕底部节段反复摇摆为主;墩身节段损伤以撞击位置、节段间相邻接触面和柱角处为中心向四周扩散,撞击位置与节段数量的改变均不会改变此破坏模式;撞击荷载、节段侧向位移、节段损伤程度随着车辆速度的增大而显著增大;初始预应力、倾斜面倾斜角度的增大可以有效限制墩身侧向变形,但是对撞击荷载和墩身损伤的影响程度较低。
(2)采用基于动量守恒的简化计算方法计算等效撞击力,经计算结果比对表明该简化计算方法具有一定的可靠性。在既有方法中,局部等效法最为保守,采用其计算的撞击力结果在四种速度工况下均较大。进一步将各种方法的计算结果与各国规范进行比较,发现我国规范给出的车辆撞击力值较欧美国家规范小,不适用于车速大于等于 80km/h 的情况。
(3)为提升节段拼装桥墩的抗撞性能,建立了卡车撞击增加耗能钢筋与外包耗能材料的节段拼装桥墩数值模型,经过计算发现:当自复位筋与耗能钢筋比例达到=1时,节段拼装桥墩在耗能和自复位方面均表现良好;外包耗能材料可以极大的减弱卡车对桥墩的冲击作用,节段拼装桥墩受到的撞击力、墩身位移、损伤程度均有所减少,其中,增设泡沫铝防撞装置后,桥墩吸收的内能降低52%。