東海大橋防撞護欄結(jié)構設計研究.pdf

1、作為上海國際航運中心洋山深水港區(qū)與上海浦東蘆潮港地區(qū)的陸上通道,東海大橋是一座集裝箱車輛專用的跨海大橋,設計車速每小時80公里.與普通設計車輛相比,集裝箱車輛具有箱體高、車身長、噸位重、慣性大等特點,在長達32公里的跨海大橋上,如何保證集裝箱車輛的安全行駛和橋梁的結(jié)構安全,是東海大橋設計的關鍵.其中,防止橋面失控車輛的最直接措施就是防撞護欄.因此,結(jié)合東海大橋工程實際,對防撞護欄結(jié)構進行設計研究是非常必要的,具有十分重要的理論意義和實用

2、價值.該文在對國內(nèi)外現(xiàn)有防撞護欄設計和研究成果進行調(diào)研綜述的基礎上,從防撞護欄的力學特性、設計條件、結(jié)構形式和響應確定等方面進行了分析和對比,并結(jié)合東海大橋防撞護欄的主要特點——護欄高度大、基座厚度大、橫梁要求高等,設計出東海大橋防撞護欄結(jié)構為總高1.45m,由鋼橫梁和鋼立柱以及混凝土基座組成的鋼與混凝土混合式結(jié)構.為了科學合理地確定集裝箱車輛碰撞條件,對上海集裝箱有限公司碼頭全部干線集裝箱進行了為期一周的抽樣調(diào)查,根據(jù)樣本統(tǒng)計分析確定

3、出東海大橋全部交通保證率78％、集裝箱車輛保證率74％的集裝箱車輛長16m、寬2.48m、高3.95m、重40t.借鑒國內(nèi)外不同碰撞標準,確定出集裝箱車輛的碰撞車速為75％的設計車速,即每小時60公里;考慮到大型集裝箱車輛的行駛特點,確定采用碰撞角度θ=15°.為了進行碰撞力作用簡化計算,根據(jù)集裝箱車輛碰撞條件和規(guī)范方法,按靜力法計算出最大碰撞力(372kN)和平均碰撞力(237kN);根據(jù)結(jié)構動力學基本原理,推導建立了單自由度雙串聯(lián)彈

4、簧車輛碰撞動力計算模型,并按動力法計算出最大碰撞力(552kN)和平均碰撞力(351kN).然后,采用結(jié)構分析軟件ANSYS,對防撞護欄和橋面結(jié)構進行了車輛碰撞力作用下的有限元線性材料靜力分析、線性材料動力分析和非線性材料靜力分析.碰撞力作用簡化計算結(jié)果表明,護欄基座和橋面板混凝土局部應力水平較高,已經(jīng)超過了鋼材的屈服極限,且有可能超過鋼材的極限應變,造成護欄(橫梁或立柱)被拉斷.因此,有必要采用更加精確的方法,確定橫梁和立柱的最大應變

5、是否超過材料的極限應變.采用法國PAM-CRASH分析軟件,對集裝箱車輛與防撞護欄的碰撞過程進行了四種不同條件下的數(shù)值仿真分析,其中包括標準橫梁和大直徑橫梁護欄條件下分別碰撞立柱和橫梁跨中的不同工況.碰撞過程數(shù)值仿真分析結(jié)果表明,集裝箱車輛列車與防撞護欄的碰撞會發(fā)生兩次,即牽引車碰撞和半掛車碰撞,最大碰撞力在340kN至360kN之間;護欄最大應變一般發(fā)生在立柱與中橫梁或上橫梁的連接上,最大應變值為0.18至0.23,小于鋼材的極限應變