泡沫鋁防護(hù)裝置在橋墩防撞上的應(yīng)用研究.pdf

1、本文首先介紹橋墩防撞裝置的分類與型式、船舶撞擊剛性橋墩的撞擊力公式以及船舶碰撞橋墩的研究方法等，指出了目前防撞裝置存在的不足，即裝置結(jié)構(gòu)尺寸偏大，且只保護(hù)橋而不保護(hù)車或船的問(wèn)題。從實(shí)際工程應(yīng)用出發(fā)，為了解決這一問(wèn)題，提出了一種新型的泡沫鋁橋墩防護(hù)裝置。 根據(jù)泡沫鋁的壓縮力學(xué)性能與能量吸收性能研究，發(fā)現(xiàn)泡沫鋁的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在很長(zhǎng)的平臺(tái)屈服區(qū)，且在壓縮荷載作用下，泡沫鋁在較低的應(yīng)力水平既能產(chǎn)生很大的塑性變形，因此它是一種優(yōu)良

2、的緩沖吸能材料。為了解本文使用的泡沫鋁的力學(xué)性能，進(jìn)行了泡沫鋁準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，并獲得了一系列可靠的泡沫鋁物理力學(xué)性能參數(shù)。 其后，利用已有的研究成果，建立了簡(jiǎn)化的汽車與帶有泡沫鋁防護(hù)裝置的橋墩相碰撞的數(shù)學(xué)模型和求解碰撞系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的外部動(dòng)力學(xué)理論。 根據(jù)沖擊試驗(yàn)的原理，設(shè)計(jì)了模擬車-橋(船-橋)碰撞的試驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)帶有泡沫鋁防護(hù)裝置的橋墩進(jìn)行擺錘沖擊試驗(yàn)。通過(guò)大量的沖擊試驗(yàn)，以應(yīng)力與加速度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)比分析了泡沫鋁的不

3、同厚度、不同結(jié)構(gòu)型式、有無(wú)防撞裝置等對(duì)橋墩作用的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于泡沫鋁的普通結(jié)構(gòu)，同一厚度，不同荷載作用下，橋墩的應(yīng)力與加速度量值前后相差很大，且隨著荷載增加兩者均增大；不同厚度，同種荷載作用下，兩者前后差異很小。對(duì)于橋墩防撞裝置有、無(wú)的情形，同種荷載作用下，有防撞裝置的橋墩相比裸墩，其應(yīng)力與加速度顯著減小，降幅均達(dá)到50％以上。而對(duì)于不同類型的泡沫鋁結(jié)構(gòu)，在保護(hù)橋墩方面，由于加工因素的影響，相比于普通結(jié)構(gòu)型式，異型結(jié)構(gòu)的優(yōu)

4、越性不是很明顯。 在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)車-橋(船-橋)碰撞進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。通過(guò)計(jì)算得出了泡沫鋁吸能曲線、鐵球的撞擊動(dòng)能曲線、鐵球速度曲線與撞擊力曲線等。有限元計(jì)算表明：同種荷載作用下，泡沫鋁厚度不同，撞擊力基本相同；泡沫鋁同一厚度，不同荷載作用下，但隨著荷載的增加，撞擊力曲線先是略微降低，后又增加的趨勢(shì)。相比于裸墩，泡沫鋁防護(hù)裝置能降低2倍以上的撞擊力。 試