《土石流衝擊作用下橋樑結構損傷機理與計算方法研究》是依託西南交通大學，由姚昌榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：土石流衝擊作用下橋樑結構損傷機理與計算方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚昌榮
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著國家經濟建設的發展，山區公路、鐵路橋樑越來越多，其中有很大一部分位於不良地質區。土石流災害以及由此誘發的次生災害是山區橋樑災害之一，而當前，國內外對土石流衝擊作用下橋樑結構的計算方法和損傷機理等的研究相對較少，因此有必要開展深入研究。本項目擬以土石流對橋墩的衝擊試驗為基礎，在時域和頻域上分析衝擊荷載的特徵，建立土石流對橋墩作用的衝擊荷載譜，在此基礎上採用流固耦合分析方法研究不同物理條件下土石流與橋墩的相互作用機理，進而探討橋墩抗土石流衝擊性能的評估方法和評估指標。本項目的預期研究成果不僅具有重要的理論意義和實際的工程套用價值，而且有利於我國公路、鐵路橋樑規範關於土石流衝擊計算方法的完善，並對土石流區域的橋樑結構設計提供理論依據。
結題摘要
本項目圍繞著土石流衝擊作用下橋樑結構損傷機理與計算方法進行了一系列研究，取得了主要研究成果如下：（1）針對土石流衝擊橋墩的特徵，自行研製了一套土石流衝擊橋墩的水槽試驗裝置，對土石流衝擊圓形和方形截面橋墩模型進行了一系列試驗，研究了土石流變參數和流動形態對土石流衝擊力的影響，得出了粘性、稀性土石流對圓形橋墩的衝擊阻力係數分別為2.3、0.9，對方形橋墩阻力係數分別為2.6、1.9，在此基礎上進一步提出了簡化的三段式土石流的衝擊橋墩的荷載譜曲線；（2）基於開源軟體OpenFOAM對土石流衝擊橋墩進行了數值模擬研究，試驗實測衝擊力時程與數值模擬結果基本相符，驗證了數值模擬的可行性；（3）建立了基於ANSYS Workbench平台的土石流漿體和橋墩的流固耦合模型和基於ANSYS/LS-DYNA平台的土石流中大塊石對橋墩的撞擊模型，得到了各類橋墩（如獨柱圓墩、重力式圓端形橋墩等）在土石流衝擊作用下的動力回響，結果表明土石流對橋墩的衝擊力隨來流速度、容重和黏度的增大而增大，大塊石的衝擊力不可忽略這可能是導致橋墩被沖毀的直接原因，進一步揭示了土石流對橋墩的衝擊破壞機理；（4）基於CFD-FEM方法分析了土石流衝擊簡支梁橋、連續剛構橋整體結構的動力回響，評估土石流場中橋樑結構的安全性；（5）採用本項目提出的簡化的三段式土石流的衝擊橋墩的荷載譜曲線，將土石流衝擊力作為一種外部激勵，分析了鐵路簡支梁橋的車—軌—橋系統的回響，指出當土石流衝擊橋樑時，軌道的位移明顯，橋樑在有土石流衝擊作用時的位移明顯大於無衝擊作用時的位移，火車的行車安全性也明顯的受到土石流衝擊的影響。本項目的研究成果不僅具有重要的理論意義和實際的工程套用價值，而且有利於我國公路、鐵路橋樑規範關於土石流衝擊計算方法的完善，並對土石流區域的橋樑結構設計提供理論依據，本項目的研究成果將運用於即將開建的川藏鐵路、川藏高速公路沿線土石流對橋樑結構的防災減災設計。
