桥墩撞击力计算方法研究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0年第 6期 总第 1 4 4期 桥墩撞击力计算方 法研究 张圆 王惠 l烟 台市 民用建筑设计有限公司 山东烟台2 6 4 1 0 0 摘要 桥墩撞击荷载是桥梁设计中需要考虑的重要因素 不同计算方法的计算结果差异较大 文中总 结了撞击力的计算公式 并进行了落锤侧向撞击钢筋混凝土桥墩的试验研究 在试验基础上对比分析了不同的 桥墩撞击力计算方法 研究成果为工程应用提供一定的参考价值 关键词 撞击力 计算方法 桥墩 撞击试验 中图分类号 T U 3 1 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 0 0 6 0 o 8 4 一 o 3 1 撞击力计算方法 1 1 公路桥涵设计通用规范 我国J T G D 6 0 2 o o a 公路桥涵设计通用规范 C I O 中没 有明确规定汽车撞击桥墩的撞击力计算公式 而是规定 桥 梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用 汽车撞击力标准值在 车辆行驶方向上取 1 0 0 0 k N 在车辆行驶垂直方向取 5 0 0 k N 两个方向不同时考虑 撞击力作用于行车道以上 1 2 m处 直接分布于撞击涉及的构件上 我国J T G 13 6 0 2 o o 4 公路桥涵设计通用规范 中也没 有明确规定船舶撞击桥墩的撞击力计算公式 而是规定 当 缺乏实际调查资料时 内河上船舶撞击作用的标准值可按表 1采用 撞击作用点为计算通航水位线以上 2 m的桥墩宽度 或长度的中点 海轮撞击作用的标准值亦可在该规范中查 得 撞击作用点需视实际情况而定 表 1 内河船舶撞击作用标准值 我国J T G I 6 0 2 0 o 4 公路桥涵设计通用规范 附录四 中规定漂流物横桥向撞击力标准值按下式估算 P Wv g T 1 式中 尸为漂流物的撞击力 k N W为漂流物的重力 k N V为水流速度 m s T为撞击时间 s 无实际资料 时可取 ls g 为重力加速 度 取 9 8 1 m s 1 2 铁路桥涵设计基本规范 我国 T B 1 0 0 2 1 1 9 9 9 铁路桥涵设计基本规 范 中第 4 4 6条规定 墩 台承 受船 只或排筏 的撞击力可按下式 计算 F y V si n a 2 式中 F为撞击力 k N y为动能折减系数 斜向撞击墩 台时取 0 2 正向撞击时取0 3 V 为船只或排筏撞击墩台的速 度 m s o为船只或排筏驶近方向与墩台撞击点切线所成的 夹角 难以确定时取为 2 0 W为船只或排筏的重力 k N C I 为船只或排筏的弹性变形系数和墩台圬工的弹性变形系 数 m k N 缺乏资料时可取 c1 G 2 O 0 0 5 m k N 1 3 高速公路交通安全设施设计及施工技术规范 高速公路交通安全设施设计及施工技术规范 条文说 明中第 3 1 2条规定车辆碰撞护栏的碰撞力按下式计算 一 mV s in 0 F m 面 二 丽 j J 号 4 式中 为车辆作用在护栏的平均横向力 k N 一 为车辆作用在护栏的最大横向力 k N m为车辆质量 k g 为车辆的碰撞速度 m s 0为车辆的碰撞角 C为 车辆重心距前保险杠的距离 m Z b 为车辆的宽度 m z 为护栏的横向变形 m 对混凝土护栏 z 0 m 金属制护栏 Z 0 3 0 6m 1 4 美国公路桥梁设计规范 在 A A S HT O指导规范方法 和相关技术文献的基础上 美国公路桥梁设计规范 I 适 当改进了有关内容 规范 3 6 5 2条中规定 位于距路边 9 m以内或距铁路轨道中心 线 1 5 m以内的桥台和桥墩 均应用等效静力 1 8 0 0 k N设计 并假定作用点在地面以上 1 2 m高处水平面内的任何方向 规范3 1 4 8 条规定船舶对桥墩的撞击力为 P 1 2 1 0 V 5 式中 P 为等效船舶撞击力 N D WF 为船舶的恒重吨 数 t V为船舶的撞击速度 m s 规范 3 1 4 1 1 条还规定一条标准底卸式驳船对一个桥 墩的撞击力为 P B 6 o o o o B 若 O II 1 0 0 ra m P B 6 1 0 1 6 0 0 a B 若 B lO O m m 张圆等 桥墩撞击力计算方法研究 式中 P 为等效静止驳船撞击力 N 为驳船船头破 损长度 m i l 1 B 3 1 0 0 1 1 3 1 0 K E一1 其中 K E为驳船撞击能量 J 1 5 欧洲统一规范 1 9 9 9年欧洲统一规范 E u r o co d e 1 的2 7分册中规定 在桥梁的船撞设计中 应选用某种统计意义下的设计代表船 舶 并按下式来计算船舶的撞击力 P V 面 7 式中 为船舶的撞击速度 m s K为船舶的等效刚 度 对内陆航道的船舶取5 MN m 对远洋船舶取 1 5 MN m M 为船舶的质量 2 撞击力计算分析 本试验钢筋混凝土圆形桥墩模型构件的上下端分别与 梁式钢筋混凝土顶座和底座整浇 桥墩跨中位置配置了变形 装置 B X 桥墩模型卧位放置 简支端施加静态轴压力 然后 在墩柱跨中位置通过落锤施加撞击荷载 落锤为刚性 落锤 底面附着变形装置 B X 变形装置 B X用 以模拟落锤的变形 共设计6组变形装置 桥墩模型的尺寸 配筋图和加载示意 图见图 1 钢筋的静力力学性能试验结果见表2 混凝土 为5 1 3 i V lP a E 为 3 4 7 6 1 0 MP a 通过该加载装置进行了不 同撞击高度 配置不同变形装置的桥墩撞击试验 图 1 加载示意图 表 2 钢筋材性试验表 M P a 2 1 公路桥涵设计通用规范 将落锤假想为河流上的漂流物 于是可以使用式 1 计 算落锤碰撞桥墩的撞击力 其中 为落锤的重力 为落锤 的速度 撞击时间 取试验中实测冲击作用总时间 撞击力 计算结果见表3 可见本算法的平均撞击力计算值与试验值 相比平均误差为 一 3 6 计算结果偏于不安全 2 2 铁路桥涵设计基本规范 将落锤假想为河流上的船只或排筏 可使用式 2 计算 落锤碰撞桥墩的撞击力 其中 为落锤的重力 为落锤的 速度 动能折减系数 取 0 3 C C 为落锤的弹性变形系数 和桥墩的弹性变形系数 对桥墩 R c 一 2计算时 C c2 取分 别落锤变形装置与桥墩的弹性变形系数 其 中 G 为 2 8 X 1 0一m k N 撞击力计算结果见表 4 可见本算法平均撞击力 计算值与试验值 相比平 均误差为 2 5 2 计算结果偏 于 安全 表 3 撞击力计算结果 桥墩配置 B X 3与 B X 4时分别使用 J T G D 6 0 2 0 0 4和 T B 1 0 0 2 1 1 9 9 9的撞击 力计算结果 见图 2 可见 J T G D 6 0 2 0 0 4与 T B 1 0 0 2 1 1 9 9 9计算结果均偏于不安全 3结语 桥墩撞击荷载是桥梁设计中需要考虑的重要因素 不同 计算方法的计算结果差异较大 本文总结了撞击力的计算 公式 并进行了落锤侧向撞击钢筋混凝土桥墩的试验研究 在试验基础上对比分析了不同的桥墩撞击力计算方法 研 究成果为工程应用提供一定的参考价值 表 4 撞击力计算结果 伪静力法将车桥碰撞 中的复杂运动过程简化为匀减速 运动以求解平均撞击力 该方法没有考虑时间效应 也忽略 阻尼 摩擦等能量损失因素 因此在理论上不够严密 但由于 低温建筑技术 2 0 1 0年第 6期 总第 1 4 4期 哈尔滨某教学楼结构设计 齐丽萍 柏长富 黑龙讧省纺织工业设计院 哈尔滨1 5 0 0 0 1 摘要 哈尔滨市某教学楼 地下 层 地上六层 柱网尺寸为 8 4 0 m x 9 3 0 m 结构采用钢筋混凝土框架 结构 主次梁楼盖体系 对于跨度较大的阶梯教室 采用了后张无粘结预应力混凝土梁的结构形式 文中通过对 结构体系及楼盖的分析比较 确定了合理的结构方案 并系统介绍了预应力混凝土梁的设计过程 便于同类工程 设计 时参 考 关键词J 结构体系 楼盖体系 结构分析 预应力梁 中图分类号 T U 2 4 4 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 0 0 6 0 0 8 6 0 2 1 工程概 况 哈尔滨某教学楼 位于哈市塔河路与合江路交口处 某 大学校园内 南北长 1 0 5 3 0 m 东西长5 6 7 0 m 平面呈 n 形 由两侧的阶梯教室和中间部位的普通教室三个独立的 结构单体组成 总建筑面积 2 4 1 9 7 4 7 m 其 中地下建筑面 积 3 5 2 6 3 7 m 地上建筑面积 2 0 6 7 1 1 0 m2 建筑抗震设防类别为乙类 抗震设防烈度为 6度 设计 基本地震加速度值为0 0 5 g 因教学楼属于重点设防建筑 设计基本地震加速度值提高至0 1 0 g 设计地震分组为第一 组 场地类别为 类 教学楼柱网尺寸 8 4 0 m X 9 3 0 m 地下一层 地下室为甲 类核 6级人 防 地上六层 首层层高 3 9 flO m 2 6层层高 3 6 0 0 m 建筑总高度 2 1 9 0 0 m 钢筋混凝土框架结构 框架抗 震等级为三级 资料室档案室楼面均布活荷载标准值取 2 5 k N m2 阶梯教室楼面均布活荷载标准值取 3 5 0 k N M 普通教室 办公室等楼面均布活荷载标准值取2 O k N m 2 2主体 结构设计 2 1 结构体系的确定 分别采用框架结构及框架 一剪力墙结构两种方案进行 计算分析 比较结果见表 1 表中可以看出 若采用框 一 剪结构体系 只有一 二层柱 截面 5 5 0 5 5 0 小于框架结构体系 6 0 0 X 6 0 0 其它各层柱 梁均相同 经过分析比较 框 一 剪结构经济效益并不明显 工 程最终采用经济性更优又安全可靠的框架结构体系 简便实用所以在许多工程设计中广泛应用 冲击速度 瑚 s 冲击速度 m s B 配置 B X 3时撞击力 b 配置 B X 4时撞击力 图 2 撞击力计算结果比较 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 分间所承受的最大撞击力 在理论上和精确度上有较大的提 高 使用该方法求解车桥碰撞时撞击力是可行的 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 为动力分析的重要工具 参考文献 1 I T J 0 7 4 9 4 高速公路交通安全设施设计及施工技术规范 S 2 T U A h m e d L S R a m a ch a n d r a S K B h a t t a ch a r y y a E l a s t o p l a s t i c r e s p o n s e o f f r e e f r e e b e a I l l s 8 u b j i e ct e d t o i m p a ct l o a d s J 1 me m a t io n M J o u r n a l o f I mp a ct En g in e e r in g 2 0 01 2 5 6 6 1 6 81 3 赵鸣 张誉 汽车冲撞钢筋混凝土护栏系统的力学模型及仿真 计算 J 土木工程学报 1 9 9 4 2 7 6 5 6 6 1 4 张誉 赵呜 汽车冲撞刚性护栏冲击力的计算 j 土木工程学 报 1 9 9 5 2 8 6 3 7 4 2 5 T B 1 0 0 2 1 1 9 9 9 铁路桥涵设计基本规范 S 6 Wo i s i n G D e s ig n a g a i n s t co l l s i o n I n t e r n a tio n a l S y m p o s i u m O i l A d V a r lC C 8 in Ma r in e T e ch n o lo g y t r o n d h e im 1 9 7 9 7 P e d e r s e n P T V a ls g a r d S O ls e n D S p a n g e n b e r g S S h i p I m p a ct s B o w C o l l i s i o n D e s i gn a g a i n s t co l h i o n J I n t e r n