车辆碰撞钢筋混凝土桥墩撞击力计算方法研究

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发布时间：2021-09-08

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车辆碰撞钢筋混凝土桥墩撞击力计算方法研究
许琦，张南
(1．江苏省交通技师学院路桥系，江苏镇江212006；
2．南京工业大学土木工程学院，江苏南京210009)
摘要：在试验基础上，探讨了车辆碰撞钢筋混凝土桥墩的撞击力计算方法。应变分析法是根据弹性阶段应变与曲率的关
系、曲率与弯矩的关系以及弯矩与外荷载的关系，建立起应变与外荷载的关系，从而根据应变时程求解撞击力时程。动力分
析法是将冲击系统简化为双自由度的质量一弹簧体系，忽略桥墩的阻尼作用，建立动力方程，从而求解出撞击力时程。计算
结果与试验结果对比表明，本文给出的算法是可行的，具有一定的工程应用价值。
关键词：撞击力；动力分析法；应变分析法；钢筋混凝土桥墩
中图分类号：U448．34 文献标识码：A 文章编号：1008—1933(2011)01—040—05
Research 0n computational methods of vehicle impact force on reinforced
concrete piers
XU Oi ．ZHANG Nan
(1．Highway and Bridge Department，Jiangsu Trafic Technician CoHege，Zhenjiang 212006，China；
2．College ofCivil Engineering，Nanjing University ofTechnology，Nanjing 210009，China)
Abstract：Two computational methods of vehicle impact force on reinforced concrete pier are analyzed based on experimental research．
The relation between strain and load in elastic phase is deduced by method of strain analysis based on relationships between strain and
curve，curve an d moment，moment an d load．The time—history of impact force is calculated by the time—history of strain．The impact
system of pier is simplified as an equivalent two DOF system in method of dynamic analysis．Th e dynamic equations are built to
calculate the impact responses of structural system by using the D’Alembert’S principle and ignoring the damp action of pier．Th e
calculated results indicate that the method s proposed in paper are feasible compared with test results and the research results have some
engineering application values．
Key words：impact force；method of dynam ic analysis；method of strain analysis；reinforced concrete pier
1 概述
随着交通事业迅猛发展，车辆撞击桥墩事故频
繁发生，由于冲击荷载的破坏性大，冲击荷载往往成
为结构设计过程中的控制因素。关于冲击力常用的
计算方法有伪静力法、质量一弹簧模型动力分析法、
能量理论法、试验研究法以及数值分析法：我国《高
速公路交通安全设施设计及施工技术规范》⋯是按
伪静力法给出了车撞护栏的撞击力公式；P．H．
Bischof 2 运用单自由度体系简化模型给出了碰撞
力与时间的关系；T．U．SAhmed 使用Newmark—JB
法求解了梁和冲击体的非线性运动方程，使用弹塑
性接触算法计算了接触力；张誉和赵呜剖建立了汽
车一钢筋混凝土护栏的连续系统的计算模型计算碰
撞力；我国《铁路桥涵设计基本规范》根据船舶撞
收稿日期：2009-06-17
作者简介：许琦(1982一)，男，江苏南京人，硕士研究生，主要从事
桥梁结构理论研究与应用。
E—mail：nj—xuqi@126．corn
击墩台的有效动能转化为碰撞力作功的能量原理计
算了船舶撞击桥墩的冲击力；Woisin教授根据
GKSS试验结果提出了船舶撞击桥墩时的平均撞击
力公式；Pedersen教授通过一系列数值计算给出
了500DWT至300000DWT船船头正撞桥墩的撞击
力经验公式；陈诚采用LS—DYNA程序分析了船
与桥墩的船撞力时程。
伪静力法忽略了车辆／船舶与结构的变形，将车
桥碰撞中的复杂运动过程简化为匀减速运动以求解
平均冲击力，没有考虑时间效应、阻尼、摩擦等能量
损失因素，因此，在理论上不够严密，但由于简便实
用，所以在许多工程设计中广泛应用。动力分析法
是将结构系统根据动力学性能相似原理转化为质
量、弹簧和阻尼系统模型，通过建立运动方程进行结
构系统激励和响应计算。该方法可以计算弹性系统
各组成部分间所承受的最大冲击力，在理论上和精
确度上有较大的提高。数值分析法是采用非线性动
力有限元程序对结构冲击响应问题进行计算，随着
计算机仿真技术的提高，该方法已成为动力分析的