東海大橋防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、作為上海國際航運(yùn)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(shè)計(jì)車速每小時(shí)80公里.與普通設(shè)計(jì)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(diǎn),在長達(dá)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(gòu)安全,是東海大橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.其中,防止橋面失控車輛的最直接措施就是防撞護(hù)欄.因此,結(jié)合東海大橋工程實(shí)際,對(duì)防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究是非常必要的,具有十分重要的理論意義和實(shí)用

2、價(jià)值.該文在對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有防撞護(hù)欄設(shè)計(jì)和研究成果進(jìn)行調(diào)研綜述的基礎(chǔ)上,從防撞護(hù)欄的力學(xué)特性、設(shè)計(jì)條件、結(jié)構(gòu)形式和響應(yīng)確定等方面進(jìn)行了分析和對(duì)比,并結(jié)合東海大橋防撞護(hù)欄的主要特點(diǎn)——護(hù)欄高度大、基座厚度大、橫梁要求高等,設(shè)計(jì)出東海大橋防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)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(gòu).為了科學(xué)合理地確定集裝箱車輛碰撞條件,對(duì)上海集裝箱有限公司碼頭全部干線集裝箱進(jìn)行了為期一周的抽樣調(diào)查,根據(jù)樣本統(tǒng)計(jì)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(biāo)準(zhǔn),確定出集裝箱車輛的碰撞車速為75％的設(shè)計(jì)車速,即每小時(shí)60公里;考慮到大型集裝箱車輛的行駛特點(diǎn),確定采用碰撞角度θ=15°.為了進(jìn)行碰撞力作用簡化計(jì)算,根據(jù)集裝箱車輛碰撞條件和規(guī)范方法,按靜力法計(jì)算出最大碰撞力(372kN)和平均碰撞力(237kN);根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本原理,推導(dǎo)建立了單自由度雙串聯(lián)彈

4、簧車輛碰撞動(dòng)力計(jì)算模型,并按動(dòng)力法計(jì)算出最大碰撞力(552kN)和平均碰撞力(351kN).然后,采用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS,對(duì)防撞護(hù)欄和橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dòng)力分析和非線性材料靜力分析.碰撞力作用簡化計(jì)算結(jié)果表明,護(hù)欄基座和橋面板混凝土局部應(yīng)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(yīng)變,造成護(hù)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(yīng)變

5、是否超過材料的極限應(yīng)變.采用法國PAM-CRASH分析軟件,對(duì)集裝箱車輛與防撞護(hù)欄的碰撞過程進(jìn)行了四種不同條件下的數(shù)值仿真分析,其中包括標(biāo)準(zhǔn)橫梁和大直徑橫梁護(hù)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(hù)欄的碰撞會(huì)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(hù)欄最大應(yīng)變一般發(fā)生在立柱與中橫梁或上橫梁的連接上,最大應(yīng)變值為0.18至0.23,小于鋼材的極限應(yīng)變