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滚石对棚洞结构的冲击动力分析

杨璐 李士民 吴智敏 沈新普

杨璐, 李士民, 吴智敏, 沈新普. 滚石对棚洞结构的冲击动力分析[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(1): 25-30. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.01.005
引用本文: 杨璐, 李士民, 吴智敏, 沈新普. 滚石对棚洞结构的冲击动力分析[J]. 交通运输工程学报, 2012, 12(1): 25-30. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.01.005
YANG Lu, LI Shi-min, WU Zhi-min, SHEN Xin-pu. Dynamic analysis of rock-fall impact on shed tunnel structure[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(1): 25-30. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.01.005
Citation: YANG Lu, LI Shi-min, WU Zhi-min, SHEN Xin-pu. Dynamic analysis of rock-fall impact on shed tunnel structure[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012, 12(1): 25-30. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.01.005

滚石对棚洞结构的冲击动力分析

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2012.01.005
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11102118

国家自然科学基金项目 10872134

沈阳建筑大学结构工程重点实验室开放基金项目 JG-200919

辽宁省教育厅2010年度高等学校科研项目 L2010389

辽宁省“百千万人才工程”项目 2011921048

详细信息
    作者简介:

    杨璐(1973-), 女, 山东掖县人, 沈阳工业大学副教授, 工学博士, 博士后, 从事混凝土弹塑性损伤本构和数值模拟研究

  • 中图分类号: U417.1

Dynamic analysis of rock-fall impact on shed tunnel structure

More Information
    Author Bio:

    YANG Lu(1973-), female, associate professor, PhD, +86-24-25417312, yanglu515@163.com

  • 摘要: 以棚洞结构为原型, 对滚石冲击作用下棚洞的接触力、位移、损伤与能量进行了研究。将滚石简化为刚性球体, 围岩和土体为理想弹塑性材料, 混凝土为弹塑性材料, 通过ABAQUS有限元, 模拟了不同速度与冲击角度下滚石冲击荷载对棚洞结构的动力响应。分析结果表明: 在冲击角不变时, 滚石速度越大产生的位移越大, 在速度不变时, 滚石的冲击角越小产生的位移越大; 混凝土防护结构损伤最严重的地方发生在与滚石接触的区域, 其次在斜腿柱上端和同柱子连接的横梁处, 在实际工程中应加强柱子上端与横梁连接处的强度; 棚洞主要通过混凝土防护结构来吸收和消耗冲击能, 土垫层吸收和消耗冲击能很有限, 为了缓解滚石冲击对混凝土防护结构的破坏, 可在棚洞支座处增设耗能减震器。

     

  • 图  1  混凝土防护结构的计算模型

    Figure  1.  Calculation model of concrete protective structure

    图  2  岩石计算模型

    Figure  2.  Calculation model of rock

    图  3  土垫层计算模型

    Figure  3.  Calculation model of soil cushion layer

    图  4  棚洞结构的计算模型

    Figure  4.  Calculation model of shed tunnel structure

    图  5  冲击角为0°时位移和时间关系

    Figure  5.  Relationship between displacement and time when incident angle is 0°

    图  6  速度为20m·s-1时位移和时间关系

    Figure  6.  Relationship between displacement and time when speed is 20m·s-1

    图  7  混凝土防护结构弹坑形状

    Figure  7.  Impact crater shapes of concrete protective structure

    图  8  冲击角为0°时接触力和时间关系

    Figure  8.  Relationship between contact force and time when incident angle is 0°

    图  9  速度为20m·s-1时接触力和时间关系

    Figure  9.  Relationship between contact force and time when speed is 20m·s-1

    图  10  不同速度下位移载荷曲线

    Figure  10.  Displacement and load curves under different speeds

    图  11  不同冲击角下位移载荷曲线

    Figure  11.  Displacement and load curves under different incident angles

    图  12  棚洞混凝土区域损伤

    Figure  12.  Damage of shed tunnel concrete area

    图  13  棚洞混凝土区域横断面损伤

    Figure  13.  Cross-section damage of shed tunnel concrete area

    图  14  损伤与时间关系

    Figure  14.  Relationship between damage and time

    图  15  土垫层弹性应变能和时间关系

    Figure  15.  Relationship between time and elastic strain energy of soil cushion layer

    图  16  能量比和时间关系

    Figure  16.  Relationship among energy ratios and time

    图  17  能量和时间关系

    Figure  17.  Relationship among energies and time

    表  1  混凝土压缩硬化系数

    Table  1.   Concrete compression hardening coefficients

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    表  2  混凝土拉伸硬化系数

    Table  2.   Concrete tension stiffening coefficients

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    表  3  各能量之间关系

    Table  3.   Relationship among energies

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-18
  • 刊出日期:  2012-02-25

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