钢板-橡胶混凝土复合覆层应用于桥墩防撞的研究

摘要

随着经济的发展和科技的进步，梁式桥得到了越来越广泛的应用，桥墩作为桥梁的下部结构，不仅承担着结构自重和车辆荷载，还时刻承担着遭受车辆撞击的风险，因此，研究其在撞击荷载作用下的响应和防撞对策具有重要意义。
　　本文将波形钢板橡胶混凝土、平钢板橡胶混凝土和橡胶混凝土作为桥墩防撞层，运用锤击法和摆锤试验测试不同覆层类型的模型墩的撞击力及桥墩各动力响应，进而对三种类型覆层的实际防撞效果进行了论证。另外，运用模态应变能原理，结合通用有限元软件ABAQUS/Explicit显式非线性动态分析计算三种不同类型的覆层为模型墩提供的一阶振动模态的附加阻尼比，验证了有限元软件模拟碰撞问题的可行性。基于以上研究内容，本文可得到如下结论:
　　(1)对于波形钢板橡胶混凝土覆层模型墩、平钢板橡胶混凝土模型墩和橡胶混凝土覆层模型墩，随着摆锤高度的增加，墩顶位移衰减段周期略微变大。
　　(2)在摆锤下落高度相同时，橡胶混凝土覆层墩墩顶位移响应最大，平钢板橡胶混凝土覆层墩次之，波形钢板橡胶混凝土覆层墩墩顶位移响应最小。
　　(3)不同覆层类型的模型墩撞击力峰值增长规律有所不同，波形钢板橡胶混凝土覆层墩由于波纹局部变形的作用，能够有效阻止撞击力增长过快。
　　(4)波形钢板橡胶混凝土覆层和平钢板橡胶混凝土覆层由外层钢板局部塑性变形耗能和内层橡胶混凝土吸能来共同控制墩身应变，当外层钢板变形未发展至稳定时，钢板的局部变形耗能作用占主导，而当外层钢板的局部变形发展完全时，内层橡胶混凝土的吸能作用得到突显。
　　(5)有限元模拟得到的墩身混凝土应变最大值、墩顶位移、背撞点和墩顶加速度最大值与试验值趋势相符，数值略大。可以认为本文采用的有限元软件ABAQUS计算桥墩在撞击荷载下动力响应的方法是可行的，从保证桥墩结构安全性的角度考虑，有限元的计算结果较为保守。
　　(6)对波形钢板橡胶混凝土覆层和平钢板橡胶混凝土覆层，钢板不仅可充当模板，更可提供较大的侧向刚度。尤其对于波形钢板橡胶混凝土覆层，竖向波纹增大了内层橡胶混凝土与外钢板的机械咬合力，且竖向波起到加劲肋条的作用，抗侧性能较优，因此，将波形钢板或平钢板与橡胶混凝土结合作为复合型的桥墩防撞保护层，可收获令人满意的施工性能和力学性能。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 橡胶混凝土抗冲击性能研究现状

1．2．2 橡胶混凝土阻尼耗能研究现状

1．2．3 车-桥碰撞研究现状

1．2．4 钢板-混凝土组合结构研究现状

1．2．5 防撞对策研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2 覆层模型墩防撞减振的试验设计

2．1 引言

2．2 模型墩概况

2．2．1 模型墩基体

2．2．2 覆层设计与制作

2．3 测试方法及过程

2．3．1 试验设备

2．3．2 测点布置

2．3．3 试验工况和试验步骤

2．4 本章小结

3 摆锤撞击模型墩的试验结果与分析

3．1 引言

3．2 覆层模型墩在摆锤撞击下的响应对比

3．2．1 撞击力

3．2．2 墩顶位移

3．2．3 墩身加速度

3．2．4 混凝土应变

3．3 本章小结

4 摆锤撞击模型墩的有限元模拟

4．1 概述

4．2 模态应变能理论

4．2．1 经典模态应变能方法

4．2．2 绝对值模态应变能(AVMSE)方法

4．2．3 ZMSE方法

4．2．4 修正模态应变能(ACMSE)方法

4．3 防撞覆层的附加阻尼比计算

4．3．1 覆层模型墩的附加阻尼比计算

4．3．2 摆锤试验的有限元模拟

4．3．3 有限元模拟与试验数据对比

4．4 覆层的抗冲击韧性机理

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集