泡沫鋁防護裝置在橋墩防撞上的應用研究.pdf

1、本文首先介紹橋墩防撞裝置的分類與型式、船舶撞擊剛性橋墩的撞擊力公式以及船舶碰撞橋墩的研究方法等，指出了目前防撞裝置存在的不足，即裝置結(jié)構(gòu)尺寸偏大，且只保護橋而不保護車或船的問題。從實際工程應用出發(fā)，為了解決這一問題，提出了一種新型的泡沫鋁橋墩防護裝置。 根據(jù)泡沫鋁的壓縮力學性能與能量吸收性能研究，發(fā)現(xiàn)泡沫鋁的壓縮應力-應變曲線存在很長的平臺屈服區(qū)，且在壓縮荷載作用下，泡沫鋁在較低的應力水平既能產(chǎn)生很大的塑性變形，因此它是一種優(yōu)良

2、的緩沖吸能材料。為了解本文使用的泡沫鋁的力學性能，進行了泡沫鋁準靜態(tài)壓縮試驗，并獲得了一系列可靠的泡沫鋁物理力學性能參數(shù)。 其后，利用已有的研究成果，建立了簡化的汽車與帶有泡沫鋁防護裝置的橋墩相碰撞的數(shù)學模型和求解碰撞系統(tǒng)動態(tài)響應的外部動力學理論。 根據(jù)沖擊試驗的原理，設計了模擬車-橋(船-橋)碰撞的試驗系統(tǒng)，并對帶有泡沫鋁防護裝置的橋墩進行擺錘沖擊試驗。通過大量的沖擊試驗，以應力與加速度為評價指標，對比分析了泡沫鋁的不

3、同厚度、不同結(jié)構(gòu)型式、有無防撞裝置等對橋墩作用的影響規(guī)律。試驗結(jié)果表明：對于泡沫鋁的普通結(jié)構(gòu)，同一厚度，不同荷載作用下，橋墩的應力與加速度量值前后相差很大，且隨著荷載增加兩者均增大；不同厚度，同種荷載作用下，兩者前后差異很小。對于橋墩防撞裝置有、無的情形，同種荷載作用下，有防撞裝置的橋墩相比裸墩，其應力與加速度顯著減小，降幅均達到50％以上。而對于不同類型的泡沫鋁結(jié)構(gòu)，在保護橋墩方面，由于加工因素的影響，相比于普通結(jié)構(gòu)型式，異型結(jié)構(gòu)的優(yōu)

4、越性不是很明顯。 在試驗基礎上，利用大型有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對車-橋(船-橋)碰撞進行了模擬計算，計算與試驗結(jié)果吻合較好。通過計算得出了泡沫鋁吸能曲線、鐵球的撞擊動能曲線、鐵球速度曲線與撞擊力曲線等。有限元計算表明：同種荷載作用下，泡沫鋁厚度不同，撞擊力基本相同；泡沫鋁同一厚度，不同荷載作用下，但隨著荷載的增加，撞擊力曲線先是略微降低，后又增加的趨勢。相比于裸墩，泡沫鋁防護裝置能降低2倍以上的撞擊力。 試