侧向撞击荷载作用下渡槽支承结构安全检测与评价

针对某渡槽桩柱支承结构受到船舶撞击后出现的结构破坏实例,在收集有关工程资料基础上,开展现场检测和监测分析,并利用有限元方法建立渡槽桩柱结构三维实体分析模型,考虑地基与桩基的耦合及上部结构共同作用,对桩柱碰撞过程进行数值模拟计算分析,研究并验证了支承结构受撞击损伤的分布与特征。有限元数值模拟结果表明船舶碰撞过程中渡槽桩柱的高应力区按照成因可分两类:一类是由直接接触载荷引起的高应力区,发生在撞击船与承台碰撞接触面及附近区域;另一类是由于桩柱整体弯曲变形引起,发生在桩柱与承台连接处危险截面,仿真分析和现场检测结果相吻合。通过评定船舶撞击影响,排查渡槽隐患,该研究成果可为下一步渡槽维修加固和设计提供依据。

侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱动力响应的数值研究

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱在侧向撞击荷载作用下的动力响应,本文基于有限元软件ABAQUS,建立了方套方形钢管混凝土叠合柱撞击模型,并通过已有的试验数据验证了模型的可靠性。在此基础上,利用该模型分析在侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱的撞击力响应和动力变形。结果表明:(1)叠合柱在撞击荷载作用下的破坏模式主要包括撞击点位损伤型、叠合柱损伤型、撞击点位破坏型;(2)跨中位移随着撞击速度、撞击质量增大而增大,随着叠合柱自身刚度增加而减小,撞击力峰值、撞击力平台值受各参数影响各有不同的规律;(3)跨中位移和残余位移受撞击体的影响比自身材料和刚度的影响更加明显。研究结果可为该类结构的抗撞性能研究提供参考。

列车撞击荷载的有限元数值分析

为获得列车脱轨撞击荷载,分析列车撞击时盾构隧道的动力响应,建立了列车编组的三维撞击有限元模型,探讨了不同列车编组、不同撞击速度和撞击角度下列车近似撞击力时程曲线,分析了列车撞击力最大值和撞击时间与列车撞击速度和角度的关系,并将典型撞击荷载用于分析不同厚度二次衬砌管片衬砌的动力响应.结果表明:列车编组数量一定时,列车斜向撞击力最大值随撞击速度和撞击角度增大而增大;当撞击角度增大到7.5°后,撞击力作用时间随撞击速度增大而延长;根据列车撞击力最大值出现时刻不同,可将撞击力时程曲线划分为2类特征曲线,其中第1类特征曲线(撞击瞬间撞击力达到最大)总体上符合高斯多峰拟合公式,可用10个参数近似拟合.二次衬砌厚度增大能有效减小管片衬砌应力、速度、加速度等动力响应以及拉、压损伤区域.

列车撞击荷载下盾构隧道双层衬砌管片结构的动力响应特性

通过建立三维列车编组撞击有限元模型,获得不同列车编组、列车行驶速度、斜向撞击角度下列车的脱轨撞击荷载时程曲线。采用HHT时间积分法和混凝土塑性损伤模型,研究双层衬砌在不同列车撞击速度和撞击角度下,管片衬砌的应力、变形、速度、加速度、拉压损伤因子及损伤面积等动力响应。研究结果表明:列车撞击荷载主要与列车行驶速度、斜向撞击角度以及列车编组数量有关;撞击力时程曲线在一定条件下出现第2个峰值,动力响应随着列车撞击速度和撞击角度的增大而增大,受拉损伤平均值及其最大值均大于受压损伤平均值和最大值,得出拉压损伤与撞击速度和角度的相互关系。

化工园区目标储罐受撞击荷载的易损性分析

化工园区或厂区内,立式储罐撞击荷载的易损性能够反映其抵抗爆炸碎片撞击破坏的能力。本文将立式储罐在爆炸碎片撞击下的破坏失效问题界定为目标储罐撞击荷载的易损性问题,分析得到爆炸碎片随机参数分布。基于最大塑性应变准则构建了目标储罐在爆炸碎片撞击作用下的破裂失效极限状态方程并验证了方程的准确性。应用蒙特卡罗模拟绘制目标储罐在爆炸碎片撞击下的易损性曲线,得出碎片的撞击速度是影响储罐动力学响应的主要因素,撞击角在10°~40°时,角度变化会显著影响爆炸碎片的破坏能力。通过随机参数敏感性分析得出,储罐材料密度、撞击速度与目标储罐破裂失效概率正相关,储罐材料屈服强度、壁厚、碎片质量、撞击角与目标储罐破裂失效概率负相关;在设计制造大型立式储罐时,为了降低撞击荷载易损性,可以选用低密度、高强度级别的钢材,在满足储存工艺要求、施工能力与经济预算的前提下,选用厚度较大的圈板作为罐壁等。

撞击荷载下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩动力响应研究

对带吸能装置的钢筋混凝土桥墩进行了落锤撞击荷载动力响应分析。根据伯努利-欧拉理论求解其振型,利用拉格朗日方程和落锤运动方程推导其弹性阶段的动力响应和吸能装置的位移时程表达式,从而求得桥墩的动内力。然后,将计算结果与承受轴力的侧向落锤撞击荷载试验结果进行对比,两者符合较好。这表明,本算法用来求解撞击荷载作用下带吸能装置的钢筋混凝土桥墩其弹性阶段的动力响应是可行的,因而具有一定工程应用价值。

横向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩动力响应研究

运用拉格朗日动力方程和结构力学原理,研究了横向撞击作用下桥墩的动力响应,得到了横向撞击作用下桥墩动态弯矩、动态剪力以及动态应变的表达式,并分析了影响桥墩撞击作用下动内力的主要影响因素,计算结果与试验值符合较好。为研究桥墩横向撞击下桥墩的动力响应提供了一定的参考。

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究。分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定。结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变。

事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶局部破坏形态分析

为了确定事故型撞击荷载作用下大型LNG储罐穹顶的局部破坏形态,以ф101.6 mm NPS法兰冲击能量为参照,选取穹顶局部壳体为靶体,利用等效飞射物弹体自由落体撞击靶体进行了15个工况冲击试验。通过对试验结果分析研究,标定了冲击成坑、冲击震裂、冲击剥落屈曲、冲击侵彻屈曲、冲击贯穿屈曲5种破坏形态,并给出了特征形态图。通过引入薄钢板弹道极限速度对侵彻贯穿屈曲破坏形态的侵彻深度进行修正,给出了以侵彻深度与穹顶厚度比值。这一无量纲参数为基准的破坏形态判断标准。最后,提出了事故型撞击荷载作用下LNG储罐穹顶的破坏等级划分标准,验证了Petry公式和BRL公式用于侵彻深度估算的有效性。

撞击荷载下支承结构与上部网壳整体动力响应

研究撞击荷载作用下部支承结构对上部网壳结构工作性能的影响是网壳结构抗撞防灾分析的重要问题。利用非线性有限单元法和动力时程分析理论,建立重型车辆侧向撞击作用下钢柱支承结构与单层球面网壳整体动力响应分析数值模型。考察了下部支承钢柱和上部网壳结构在撞击荷载作用下的整体动力响应过程及特点,分析了支承钢柱抗侧刚度、撞击荷载峰值和撞击点数等因素对整体结构在撞击荷载作用下的协同受力和空间工作性能的影响。研究结果表明:除与被撞击钢柱及其相临网壳杆件发生塑性变形外,结构整体基本处于弹性状态,未发生动力失稳现象,其强度和稳定性要求在整体上仍均能满足要求,说明在重型车辆撞击作用下支承结构与上部网壳结构具有良好的抗撞击性能和整体工作性能。

侧向撞击荷载下FRP管-混凝土-钢管组合梁抗撞性能的理论分析模型

基于ABAQUS有限元软件为平台建立了FRP管-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击荷载下的有限元计算模型,该模型计算结果与现有试验结果对比后吻合良好,能够较好地模拟FRP管-混凝土-钢管组合结构在侧向撞击作用下的性能。同时利用该模型进行了有限元参数分析,通过改变冲击能量和空心率来分析它们各自对该组合结构撞击性能的影响。得出的结论是冲击能量对该组合结构跨中极限挠度影响显著,但冲击力平台值却几乎不变;空心率对该组合结构抗撞击性能影响较大,尤其是当空心率在0.6~0.8范围内时组合结构展现出良好的抗撞击性能,且当空心率χ=0.7时,FRP管-混凝土-钢管组合结构表现出的抗冲击力学性能最好。这些研究对进一步开展FRP管-混凝土-钢管组合结构的抗撞击性能研究提供了一定的参考依据。

车辆撞击下桥墩动力响应与撞击荷载研究

为研究城市桥墩抗撞性能,采用LS-DYNA有限元软件建立精细化车辆-桥墩碰撞模型,分析桥墩动力响应与撞击荷载。该模型考虑了应变率效应对钢筋与混凝土非线性材料力学性能的影响。基于40个车-桥碰撞工况,研究了撞击速度、撞击质量对撞击荷载和桥墩变形的影响,分析了撞击能量和桥墩破坏模式之间的关系。根据40个撞击荷载样本,提出撞击荷载经验公式与半正弦荷载时程曲线,用来计算撞击荷载峰值与反应时撞击荷载时程。将撞击荷载峰值分别与3种等效静力荷载和《公路桥涵设计通用规范》荷载限值进行对比。结果表明:规范中撞击荷载限值偏于不保守;采用等效静力荷载作为撞击荷载对城市桥墩进行抗撞评估偏于不安全。

侧向撞击荷载下桥墩动力响应有限元分析

进行了侧向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩试件动力性能的试验研究。在试验研究基础上建立了可靠的有限元模型,根据该模型探讨了单次撞击荷载下桥墩的动力响应,对比分析了单次与累次撞击荷载下桥墩的动力响应。研究证明:相同撞击速度下单次与累次撞击相比:平均撞击力较大,撞击作用时间较短;跨中截面峰值应变与平均应变均较小。研究结果为桥墩耐撞性设计提供了依据。

超高层建筑施工平台混凝土泵管撞击荷载研究

混凝土泵管撞击荷载是作用在超高层建筑施工平台上的重要水平施工动荷载,目前对该荷载的研究较少。为此,以深湾汇云中心J座工程为依托,建立布料机+施工平台简化力学模型,提出混凝土泵管撞击荷载理论估算公式,对泵送混凝土引发的施工平台动力响应进行测试。根据计算公式和测试数据,得出混凝土泵管撞击荷载模式与最大值,为安全合理地设计超高层建筑施工平台提供参考。

变截面构件受撞击荷载作用时的动荷系数研究

基于碰撞过程中能量无损失的假设前提下,利用积分法求解了空心圆截面、实心圆截面和矩形截面三种不同截面形式的变截面构件在撞击载荷作用下的挠曲线方程,进而求得撞击荷载以静荷方式作用于撞击处时弹性构件在该处的静位移。并从能量守恒原理入手,用积分法导出了上述三种不同变截面构件受撞击荷载作用下的动荷系数计算公式。这些公式各力学量意义明确,实用性强,可供工程技术人员参考。

钢储罐在撞击荷载作用下的结构响应与破坏模式

为了求解大型立式钢储罐结构在遭受偶然撞击荷载作用下的结构响应和破坏模式,建立了壳体撞击下考虑碰撞接触的有限元模型,分析了撞击作用下典型钢储罐的响应过程,包括变形模式、应变分布和塑性铰线分布等;对不同撞击物速度、储罐径厚比和储罐高径比时,钢储罐的变形分布和能量变化进行参数分析;并基于参数分析结果,探讨了钢储罐的三类失效模式及其变化规律。结果表明:钢储罐在撞击作用下的主要变形区域近似呈三角形,以撞击点为中心可分为3个小三角形,部分外边界处出现正、负塑性铰线;储罐最大残余变形和撞击平均力随撞击物冲量增大呈线性增大,随高径比增大总体呈减小趋势;当半径不变、径厚比增大时,罐壁最大残余变形增大而吸能能力减小;当壁厚不变、径厚比增大时,两者均变化不大。随撞击物质量和速度的增大,储罐在撞击作用下依次出现局部失效、整体失效和破裂失效,其中局部失效最易出现;整体失效时,变形区域较大且端部约束减弱导致整体丧失承载;破裂失效时,撞击处罐壁来不及变形扩散和吸能即已达到失效应变。

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。

超高车辆撞击桥梁上部结构研究：损坏机理与撞击荷载

近年,超高车辆撞击桥梁上部结构的事故频繁发生,严重威胁桥梁结构安全与城市交通运行。为减小超高车辆撞击桥梁上部结构造成的损失,需要提高桥梁上部结构抗撞能力,然而国内相关研究仍很不足。该文基于精细化非线性有限元和事故案例分析,研究超高车辆撞击桥梁上部结构的损坏机理与撞击荷载。分析结果表明:超高车辆撞击使桥梁上部结构产生整体变形损伤、局部破坏甚至落梁破坏,撞击荷载包括撞击冲量和局部冲击力,不同车型撞击荷载差别较大。

船舶与海洋平台撞击的荷载模拟

以某导管架结构的X斜撑在导管架安装阶段受到大吨位起重铺管船撞击后的损伤检测结果为依据,对碰撞过程进行了数值模拟,按照构件模型从简单到复杂的模拟思路得到了船舶对海洋平台结构的撞击力。建立了船舶与海洋平台碰撞系统的力学模型,对导管架平台受损构件进行了等效静力强度计算分析。为了考虑在船舶冲撞下的整体平台结构动力效应的影响,在分析时考虑了碰撞过程的水动力效应,桩-土-平台结构的相互作用,采用非线性弹簧来模拟受损构件局部凹陷损伤,在船舶以不同的速度与平台发生碰撞的情况下,模拟出平台受撞击构件的永久凹陷变形与碰撞接触时间的曲线,反演分析计算了船舶对平台结构碰撞的最大撞击力。为确定受到撞击后导管架平台结构构件和管节点的损伤程度,提出合理可行的修理加固方案提供了分析依据。

撞击荷载作用下高速铁路桥梁的动力响应及列车运行安全分析

建立了"列车-桥梁-撞击荷载"系统动力分析模型,通过在松花江大桥进行的现场试验,得到了流冰撞击力时程,施加到桥墩上作为系统的激励。编制了分析程序,以高速铁路5×32m预应力混凝土简支单线箱梁桥为算例,通过计算机模拟,对流冰撞击作用下桥梁结构的动力响应及桥上高速列车的运行安全问题进行了研究。分析了在有流冰、无流冰撞击作用两种情况下,桥梁结构关键部位的位移和加速度响应,以及桥上高速运行列车的车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标。计算结果表明:流冰撞击作用对桥梁结构以及高速列车的动力特性具有较大的影响,撞击作用使桥梁和车辆的动力响应大幅度增大。当流冰撞击荷载峰值达到4000kN时,车辆减载率已经超过了0.6的限值。撞击荷载作为一项特殊的作用力,在高速铁路桥梁的动力设计中应予以重视。