• ISSN 0258-2724
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多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

李华东 左明宇 李浦 赵晋恒

李华东, 左明宇, 李浦, 赵晋恒. 多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1297-1305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514
引用本文: 李华东, 左明宇, 李浦, 赵晋恒. 多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析[J]. 西南交通大学学报, 2020, 55(6): 1297-1305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514
LI Huadong, ZUO Mingyu, LI Pu, ZHAO Jinheng. Dynamic Response Analysis of Passive Flexible Protection System under Impact of Rockfalls[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1297-1305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514
Citation: LI Huadong, ZUO Mingyu, LI Pu, ZHAO Jinheng. Dynamic Response Analysis of Passive Flexible Protection System under Impact of Rockfalls[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2020, 55(6): 1297-1305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514

多落石冲击被动柔性防护体系的动力响应分析

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190514
基金项目: 国家自然科学基金青年基金(41801002)
详细信息
    作者简介:

    李华东(1976—),男,副教授,研究方向为土木建筑工程安全防护技术,E-mail:kinglezuo@sina.cn

  • 中图分类号: TU 311.41

Dynamic Response Analysis of Passive Flexible Protection System under Impact of Rockfalls

  • 摘要: 应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对被动柔性防护体系在落石冲击作用下的变形和能量进行研究,采用ANSYS/LS-DYNA的显式分析方法,模拟了多块落石在不同运动模式下,其冲击荷载对被动柔性防护体系的动力响应,根据时程曲线,对比分析了多块落石在不同运动模式下的位移、冲击力、能量变化规律. 分析结果表明:随着落石初始冲击动能的增加,防护网达到最大位移所需时间总体呈现减少趋势,且冲击时间在0.11~0.14 s之间;落石的最大冲击荷载出现在0.04~0.07 s,且随初始动能增加逐渐增大;在落石冲击过程中,被动柔性防护结构发生能量耗散,其中钢丝绳网在落石为滚动状态下的能量大于落石为弹跳状态下的能量,且钢柱在落石为滚动状态下的最大峰值能量大于落石在弹跳状态下的最大峰值能量;在钢丝绳网被冲破时落石在滚动状态下钢柱的能量发生急剧增大.

     

  • 图 1  被动柔性防护体系的组成

    Figure 1.  Composition of passive flexible protection system

    图 2  被动柔性防护体系及构件编号

    Figure 2.  Number diagram of passive flexible protection system and components

    图 3  被动柔性防护体系的有限元模型

    Figure 3.  FEM analysis model of passive flexible protection system

    图 4  多块落石冲击被动柔性防护体系过程分解

    Figure 4.  Process decomposition of rockfalls impact passive flexible protection system

    图 5  落石初始动能与防护网的最大位移之间的关系

    Figure 5.  Relationship between initial kinetic energy of rockfalls and maximum displacement of protective net

    图 6  不同初始冲击动能下冲击力时程曲线

    Figure 6.  Impact time history curve under different initial impact kinetic energy

    图 7  滚动状态下落石冲击被动柔性防护体系的能量时程曲线

    Figure 7.  Energy history curve of rockfalls impact passive flexible protection system in the rolling state

    图 8  弹跳状态下落石冲击被动柔性防护体系的能量时程曲线

    Figure 8.  Energy history curve of rockfalls impact passive flexible protection system in the bouncing state

    图 9  被动柔性防护体系部分部件能量与速度曲线

    Figure 9.  Relationship between energy and velocity of parts of passive flexible protection system

    表  1  有限元模型中的材料特性

    Table  1.   Material characteristics in finite element models

    材料弹性模
    量/GPa
    密度/
    (kg•m−3
    泊松比屈服强
    度/MPa
    落石 33 2 840 0.3
    钢丝绳、支撑绳、拉锚绳 177 7 850 0.3 1 780
    钢柱 206 7 850 0.3 235
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    表  2  防护网达到最大位移所需时间

    Table  2.   Time required for the protective net to reach maximum displacement s

    初始动能/kJ运动模式
    滚动弹跳
    500 0.132 0.133
    600 0.123 0.122
    700 0.117 0.120
    750 0.117 0.120
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    表  3  冲击速度与防护系统变形情况

    Table  3.   Relationship between impact velocity and deformation of protection system

    冲击速度变形情况
    接近初始值仅接触点附近发生网片滑移
    下降值接近 10 m/s钢柱发生明显摆动
    接近 10 m/s防护网与中间落石开始分离
    接近 0落石开始反弹
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-30
  • 修回日期:  2019-09-02
  • 网络出版日期:  2020-06-29
  • 刊出日期:  2020-12-15

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