柔性棚洞结构落石冲击数值模拟与试验研究

提出一种适用于铁路线路落石防护的新型柔性棚洞,利用金属柔性网和弹簧撑杆组成柔性耗能结构取代传统钢筋混凝土棚洞顶部铺设的砂、砾石垫层来达到缓冲消能目的。为准确评估该柔性棚洞结构的性能,采用动力有限元方法对其落石冲击过程进行了数值模拟,计算结构动力响应,并依据计算结果修正、优化结构设计;进一步开展1∶1结构局部模型落石冲击试验;测试得到冲击时长、金属柔性网最大挠度、支撑绳索力和弹簧撑杆轴向应变数据。经试验验证,数值计算结果可靠,在能级为50 k J的落石冲击作用下,结构主要构件均处于弹性工作状态。最后,针对存在的问题给出改进建议。

落石冲击作用下柔性棚洞结构灵敏度分析

研究目的:柔性棚洞是一种拦截边坡落石的被动防护结构,凭借施工方便、经济环保等特点广泛运用于落石灾害防护领域,但是目前没有规范指导柔性棚洞结构进行设计。本文基于能量法建立落石冲击柔性棚洞结构失效模型等三个模型,采用Sobol’全局灵敏度分析法得到柔性棚洞结构参数一阶、全局灵敏度,提出柔性棚洞结构优化设计思路。研究结论:(1)同一参数在不同计算模型中灵敏程度不同;(2)参数间相互作用明显,三个模型中所有参数全局灵敏度相较一阶灵敏度有不同程度增长;(3)柔性棚洞结构失效模型中,较小幅度的调整高灵敏度参数(通行界限和钢丝绳等效横截面积)可使结构满足设计要求同时用钢量增加最少;(4)本研究成果可用于柔性棚洞结构优化设计,使结构设计更具经济性。

基于能量法的柔性棚洞防护结构可靠性分析

为提供一种落石冲击作用下柔性棚洞防护结构的可靠性设计方法,基于能量法根据柔性棚洞结构耗能构件主要是钢绳索和钢丝网的特点建立了抗力函数,将落石的重力势能作为效应函数与抗力函数联立得到结构的功能函数。根据所建立的功能函数,利用MATLAB软件,一次二阶矩法计算一实际工程在不同落石规模下的可靠度。参照国内相近规范选定3.7作为目标可靠指标,对其防护能力进行评估,分析随机变量对结构可靠性的影响程度,提出柔性棚洞可靠性的设计流程。可靠度计算表明:柔性棚洞结构的可靠度随着落石重力和下落高度的增加而减少,灵敏度分析表明钢丝绳截面面积、屈服强度的大小及波动对结构可靠性的影响大于其他因素。

基于能量法的被动柔性棚洞防护结构设计理论

由于被动柔性棚洞防护结构缺少相关的设计理论,为此,首先将复杂的结构转化为简单的力学模型,通过增量变刚度法分析了钢拱架变成机构的力学行为,明确了钢拱架与钢绳索的屈服机制,研究了钢绳索耗能与钢拱架极限承载力,建立被动柔性棚洞防护结构的耗能计算原理,为柔性棚洞结构提供了基于能量法的设计理论。然后,结合工程实例,进行有限元分析与理论计算的结果对比,验证基于能量法的设计理论的准确性。最后,根据提出的基于能量法的设计理论,给出了关于柔性棚洞防护结构方案设计与选型方面的建议。研究结果表明:工程实例的理论计算结果与有限元分析结果较吻合;在选型方面,为提高整体结构耗能,应使钢绳索先于钢拱架屈服,并加大钢绳索使用长度及屈服拉力;抛物线式钢拱架极限承载力高于同等条件下其他形式钢拱架,应优先选用。

都(江堰)—汶(川)高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究

沙坪大桥是都汶高速公路沙坪隧道出口跨岷江大桥,受隧道出口段高陡边坡危岩影响,严重危害桥面及行车安全,需要对沙坪大桥桥面进行滚石灾害防护。提出了一种新型柔性轻钢结构滚石防护棚洞,它由钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网以及拱圈支座金属耗能器、拱圈橡胶垫层共同组成,通过动力有限元计算与模拟进行结构优化,确保给定滚石冲击能量下拱圈支座响应力小于桥面T型梁翼缘板的抗冲切强度,在此基础上进行了新型柔性滚石防护棚洞结构设计并付诸实施,目前工程已经竣工验收并投入使用,对确保都汶高速公路顺利通车和行车安全发挥了积极作用。

既有沪昆铁路水城至六盘水区间危岩落石整治方案研究

安顺至六盘水铁路在水城站接轨后利用既有沪昆铁路水城至六盘水区间进入六盘水站,段内危岩落石较严重,线路左侧临近城市。文章结合该区间地形、地质条件及危岩落石情况,综合考虑施工工期、防护落石效果、运营维护难易程度、工程投资等因素,对水城至六盘水区间危岩落石整治研究了钢筋混凝土棚洞、柔性钢结构棚洞和波纹板棚洞三个方案,给出了相对较优的方案,以期对类似工程有所借鉴。