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

1、被動(dòng)防護(hù)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(guó)內(nèi)外發(fā)生的邊坡自然災(zāi)害頻發(fā)不斷，被動(dòng)柔性防護(hù)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(dòng)防護(hù)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(dòng)柔性防護(hù)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(duì)不同截面鋼柱建立靜力學(xué)模型和使用ABAQUS/Explicit對(duì)不同截面鋼柱受到落石沖擊建立非線性動(dòng)

2、力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析，選出的最佳截面形式進(jìn)行防撞能級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制定，主要研究成果如下:
　　(1)通過(guò)使用ABAQUS/Standard模塊對(duì)不同截面鋼柱進(jìn)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?qǐng)A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(duì)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(shí)候截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì);當(dāng)截面為中空?qǐng)A形鋼

3、柱的時(shí)候扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力最大值達(dá)到最小;表明中空?qǐng)A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(yùn)動(dòng)方式主要分為五類，落石飛落、落石滑落、碰撞彈跳、滾動(dòng)及落石飛落跳躍，根據(jù)落石運(yùn)動(dòng)的計(jì)算方式將五類不同的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)模型中:在落石不同速度下，中空方形鋼柱、中空?qǐng)A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(dá)到極限強(qiáng)度，不太適合作為邊坡防護(hù)系統(tǒng)立柱;通過(guò)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?qǐng)A形鋼柱三種鋼柱中，中空?qǐng)A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(qiáng)。
　　(4)在ABAQUS/Explicit建立的非線性動(dòng)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?qǐng)A形鋼柱最大應(yīng)力值也在不斷增加，中空?qǐng)A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