• ISSN 0258-2724
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被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应

齐欣 余志祥 张丽君 许浒 赵雷

齐欣, 余志祥, 张丽君, 许浒, 赵雷. 被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 1085-1093. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180442
引用本文: 齐欣, 余志祥, 张丽君, 许浒, 赵雷. 被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(5): 1085-1093. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180442
QI Xin, YU Zhixiang, ZHANG Lijun, XU Hu, ZHAO Lei. Propagation Effect of Passive Flexible Protection System on Rockfall Impact[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 1085-1093. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180442
Citation: QI Xin, YU Zhixiang, ZHANG Lijun, XU Hu, ZHAO Lei. Propagation Effect of Passive Flexible Protection System on Rockfall Impact[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(5): 1085-1093. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180442

被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180442
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFC1505405);四川省应用基础研究项目(2018JY0029,2019YJ0221);国家自然科学基金项目(51408498,51678504);四川省重点研发项目(2019YFG0001);四川省交通运输科技项目(2018-B-03);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2682017CX006)
详细信息
    作者简介:

    齐欣(1981—),女,副教授,研究方向为结构冲击与防护,E-mail:qixin@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    余志祥(1976—),男,教授,研究方向为结构工程,E-mail:yzxzrq@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TU311.41

Propagation Effect of Passive Flexible Protection System on Rockfall Impact

  • 摘要: 被动柔性防护系统遭受落石冲击作用时的波传效应对系统耗能效率存在重要影响,对此开展了能量为1 500 kJ的3跨足尺模型冲击试验,结合LS-DYNA开展了非线性动力分析,对比研究了柔性防护系统的冲击变形、特征点位移和钢丝绳拉力等结构响应沿支撑绳纵向的传播特征. 进一步开展了4跨、5跨、6跨和7跨模型的冲击动力学模拟试验,研究了纵向传播距离增加对冲击响应的影响,包括支撑绳拉力、网片内力和系统冲击力随随波传距离增加的衰减率、构件耗能率和冲击历程的多阶段耗能率变化. 研究结果表明:冲击跨支撑绳拉力明显高于边跨;冲击跨网片内力最大,两侧网片内力急剧衰减,呈高斯型衰减分布;随着系统跨数增加,落石冲击变形极值变化较小,但变形时程变化差异较大;内力衰减变化明显,7跨模型中,支撑绳内力衰减超过了50%,网片内力衰减了40%,冲击力衰减了14%;随着系统传播距离的增加,网片、减压环以及钢柱的耗能减少,钢丝绳和其他摩擦耗能增加,第1、2阶段耗能增大,第3阶段耗能减小.

     

  • 图 1  试验模型

    Figure 1.  Test model

    图 2  冲击过程对比

    Figure 2.  Comparison of impact process

    图 3  钢丝绳拉力对比

    Figure 3.  Internal forces comparisons of wire ropes

    图 4  内力沿纵向分布

    Figure 4.  Longitudinal distribution of internal forces

    图 5  位移极值随跨度变化

    Figure 5.  Displacement extremum varies with span

    图 6  多跨模型特征点及内力时程

    Figure 6.  Time history of feature points and internal force of mult-span models

    图 7  多跨模型各阶段耗能比率

    Figure 7.  Energy consumption ratio at each stage of mult-span models

    表  1  试验模型参数

    Table  1.   Parameters of test model

    构件名称型号材料
    环形网 R12/3/300 高强钢丝
    上/下支撑主绳 2ϕ20 6 × 19W+FC
    上拉锚绳 2ϕ18 6 × 19W+FC
    钢柱 HW200 × 200 × 8 × 12 Q235
    减压环 GS-8002 圆钢管
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    表  2  有限元模型参数

    Table  2.   Parameters of finite element model

    项目密度/(kg•m−3泊松比弹性模量/GPa单元类型
    环形网 7 900 0.3 120
    钢丝绳 7 900 0.3 150
    钢柱 7 900 0.3 210
    落石 3 000 0.2 20 刚体
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    表  3  特征点位移

    Table  3.   Displacement of feature points m

    位置试验值数值仿真值
    冲击点 6.22 6.43
    端柱 1 自由端 0.67 0.81
    冲柱 1 自由端 1.20 1.83
    冲柱 2 自由端 1.40 1.83
    端柱 2 自由端 0.55 0.81
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    表  4  内力值及内力衰减比率

    Table  4.   Internal force and internal force attenuation percentage

    跨数上支撑绳下支撑绳网片内力冲击力
    Fimp/kNFend/kNρ/%Fimp/kNFend/kNρ/%Fn-span/kNγ/%Fn-span/kNγ/%
    3 跨 170.46 133.97 21.40 204.44 155.05 24.15 49.40 0.00 684.15 0.00
    4 跨 179.92 110.12 38.80 203.96 153.57 24.71 43.67 11.59 651.77 4.73
    5 跨 190.73 100.00 47.57 214.64 112.83 47.43 30.21 38.85 616.25 9.92
    6 跨 195.42 100.00 48.83 217.01 100.00 53.92 30.14 38.98 613.08 10.39
    7 跨 198.01 100.00 49.50 219.67 100.00 54.48 29.96 39.35 585.65 14.40
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    表  5  各构件耗能及耗能比率

    Table  5.   Energy consumption and energy consumption ratio of each component

    跨数网片减压环钢丝绳钢柱其他
    耗能/kJ耗能比例/%耗能/kJ耗能比例/%耗能/kJ耗能比例/%耗能/kJ耗能比例/%耗能/kJ耗能比例/%
    3 跨 392 26.13 943 62.87 45 3.00 120 8.00 42 2.80
    4 跨 298 19.87 971 64.73 56 3.73 110 7.33 65 4.33
    5 跨 282 18.80 970 64.67 64 4.27 105 7.00 79 5.27
    6 跨 282 18.80 945 63.00 75 5.00 103 6.87 95 6.33
    7 跨 280 18.67 917 61.13 81 5.40 100 6.67 122 8.13
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-31
  • 修回日期:  2018-10-24
  • 网络出版日期:  2020-05-08
  • 刊出日期:  2020-10-01

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