钢筋混凝土柱抗落石撞击试验研究

• 作 者: 王刚
• 机 构: 西南交通大学
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 落石 撞击 钢筋混凝土柱 数值分析

针对西部山区落石对桥梁结构造成的安全隐患,为了给我国山区桥梁桥墩的安全防护提供理论及实用技术,以都汶、川汶公路线上的典型桥梁为研究原型,采用模型试验与数值仿真计算方法,研究落石撞击对钢筋混凝土柱的损伤影响,并提出实用的抗撞击处理措施。在模型试验中,为研究钢筋混凝土柱在落石撞击作用下的损伤与损毁状态,设计了一个足尺与一个缩尺钢筋混凝土试验构件,直径分别为1.2m与0.6m；依据欧洲标准设计了四个外包钢板混凝土撞击试块,质量分别为0.25t、0.5t、1t与2t；三种撞击接触形式：平行棱、V形棱、底部平面接触。试验通过安置在撞击试块顶端多孔盒中的加速度测量仪和无线传感器采集典型工况的撞击加速度。采用撞击试块垂直下落的方式,利用龙门吊提升撞击试块到指定的高度后,脱钩装置释放撞击试块。通过势能与动能的转换,自由下落的撞击试块在撞击试验模型时,达到设计的撞击能量。研究了钢筋混凝土构件在不同撞击能量下的损伤状态以及破坏状态。试验结果表明,在试块的质量和撞击速度均相同的条件下,钢筋混凝土柱的损伤程度与撞击接触面的形式直接相关；在底部增设粗糙元后,试块与钢筋混凝土柱的撞击更符合实际落石撞击情况,均属于棱边或棱角撞击；当试块以平面接触方式与钢筋混凝土柱发生撞击时,钢筋混凝土柱的损伤面积大小直接与撞击接触面积相关；采用同一等级能量对同一部位进行反复撞击,损伤范围和深度将不断累积加大,最终将导致破坏等级的明显提高,甚至构件发生失效。同时提出加厚混凝土保护层,外套钢板两种相应的设防保护措施。通过试验验证了混凝土保护层加厚措施能够有效地降低钢筋混凝土构件在落石反复撞击作用下破坏等级；外套钢板防护措施能够通过其自身的变形耗能有效地降低钢筋混凝土构件在落石反复撞击作用下的损伤程度,从而降低了构件破坏等级。此外,对典型试验工况建立对比数值计算模型,通过计算撞击加速度与试验撞击及速度的双对比,验证了试验结果的有效性与计算参数的可靠性,为参数化数值仿真分析奠定了基础。