货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理与计算方法

为了明确货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理和破坏模式,为桥墩抗撞设计提供计算方法,利用显式动力分析软件LS-DYNA建立货车撞击双柱式RC桥墩的精细化有限元模型,采用框架墩简化质量模型替代整桥模型,引入三脉冲荷载简化模型作为加载机制,并对有限元模型和数值算法的有效性进行验证。对双柱式RC桥墩进行荷载-结构响应分析,考虑货车车型、车重、车速和桥墩尺寸等因素的影响,获取了桥墩在货车撞击下的受损破坏全过程,揭示了从弯曲裂缝产生、弯剪裂缝发展到剪切破坏的详细演进路径。明确了货车撞击双柱式RC桥墩的损伤机理,桥墩动力响应受到应力波传播和惯性作用双重影响,受撞桥墩截面最大剪力和弯矩出现在撞击荷载达到峰值时刻前后。分析了不同工况下桥墩破坏模式和截面内力响应,将双柱式RC桥墩受撞破坏模式分为弯曲破坏、剪切破坏和完全坍塌3种基本类型。提出了货车撞击双柱式RC桥墩动态抗剪承载力计算方法、桥墩截面动态剪力和动态弯矩的计算方法,结果表明:桥墩动态抗剪承载力与混凝土抗拉强度成正比,并与桥墩截面直径平方成正比。受撞桥墩截面内力计算值与有限元仿真值整体拟合度达到95%以上,所提方法可用于双柱式RC桥墩的抗撞击设计计算。

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明:优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用于钢桁-混凝土组合梁结构多目标优化设计,可助力国家“双碳”战略目标的实现。