公路邊坡被動柔性防護系統(tǒng)立柱性能的數(shù)值模擬研究.pdf

1、被動防護系統(tǒng)技術(shù)常應(yīng)用于防治邊坡崩塌落石自然災(zāi)害，國內(nèi)外發(fā)生的邊坡自然災(zāi)害頻發(fā)不斷，被動柔性防護系統(tǒng)中鋼柱常常受到巨大外力而發(fā)生扭曲或彎曲，甚至鋼柱直接受到落石的碰撞破壞而導(dǎo)致被動防護系統(tǒng)直接破壞。為此鋼柱的力學(xué)性能和受沖擊性能好壞直接決定了邊坡被動柔性防護系統(tǒng)是否能夠很好起到作用。
　　本文主要采用有限元軟件ABAQUS/CAE對不同截面鋼柱建立靜力學(xué)模型和使用ABAQUS/Explicit對不同截面鋼柱受到落石沖擊建立非線性動

2、力學(xué)模型，并對其進行數(shù)值模擬分析，選出的最佳截面形式進行防撞能級標(biāo)準(zhǔn)制定，主要研究成果如下:
　　(1)通過使用ABAQUS/Standard模塊對不同截面鋼柱進行靜力學(xué)模型建立，普通工字鋼柱的位移最大值和應(yīng)力最大值均高出中空方形鋼柱、中空八邊形鋼柱、中空十六邊形鋼柱、中空圓形鋼柱多倍;五種截面鋼柱當(dāng)中，普通工字鋼柱在受到一對力偶的作用下扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力是最大;當(dāng)正多邊形的邊數(shù)增加的時候截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小的趨勢;當(dāng)截面為中空圓形鋼

3、柱的時候扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力最大值達到最小;表明中空圓形鋼柱截面在抗扭變形能力上是五種截面中效果最好。
　　(2)確定落石的運動方式主要分為五類，落石飛落、落石滑落、碰撞彈跳、滾動及落石飛落跳躍，根據(jù)落石運動的計算方式將五類不同的運動落石歸納為三種方法;推導(dǎo)出本文模型中邊坡落石下落高度H0與鋼柱碰撞前速度V0關(guān)系式。
　　(3)在ABAQUS/Explicit建立的非線性動力學(xué)模型中:在落石不同速度下，中空方形鋼柱、中空圓形鋼柱和普通

4、工字鋼柱三種類型鋼柱中，中空方形鋼柱最早達到極限強度，不太適合作為邊坡防護系統(tǒng)立柱;通過應(yīng)力、位移和能量情況分析，得出普通工字鋼柱、中空方形鋼柱和中空圓形鋼柱三種鋼柱中，中空圓形鋼柱抵抗變形能力比普通工字鋼柱和中空方形鋼柱的能力更強。
　　(4)在ABAQUS/Explicit建立的非線性動力學(xué)模型中:在落石不同質(zhì)量下，隨著落石半徑的增加中空圓形鋼柱最大應(yīng)力值也在不斷增加，中空圓形鋼柱在受到落石碰撞后保持原有形狀的能力較普通工字鋼