我國西部山區(qū)地形復(fù)雜,存在諸多高陡邊坡,因此落石災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,已嚴(yán)重威脅公路交通安全及人民生命安全。棚洞結(jié)構(gòu)在落石災(zāi)害防治中起到了重要作用,但落石沖擊棚洞的動(dòng)力響應(yīng)過程十分復(fù)雜,尤其是落石與棚洞的瞬態(tài)接觸過程,然而目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于落石沖擊問題的研究仍不夠完善。為深入研究落石沖擊下棚洞結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特征,通過建立相應(yīng)的ANSYS/LS-DYNA有限元模型,分別對(duì)落石質(zhì)量、落石形狀、落石下落高度及落石沖擊角度4種不同工況下的棚洞結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)過程進(jìn)行了模擬研究。對(duì)不同工況下的沖擊力時(shí)程曲線、沖擊深度時(shí)程曲線和Mises等效動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線等模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:沖擊力、沖擊深度、棚頂Mises等效動(dòng)應(yīng)力與落石質(zhì)量、下落高度呈正相關(guān);在法向方向上,沖擊力、沖擊深度與沖擊角度呈正相關(guān),在切向方向上,45°時(shí)沖擊所產(chǎn)生的沖擊力最大,沖擊深度與沖擊角度呈負(fù)相關(guān);長方體落石和立方體落石所產(chǎn)生的沖擊力和棚頂Mises等效動(dòng)應(yīng)力大于球體落石,而沖擊深度小于球體落石。

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圖11墊層底部應(yīng)力隨墊層厚度變化曲線

程學(xué)報(bào)2018年復(fù)合墊層的底面最大壓應(yīng)力分別為0.21MPa、0.21MPa、0.23MPa、0.27MPa、0.32MPa和0.42MPa。與全砂墊層相比，復(fù)合墊層底面的最大壓應(yīng)力均是減小的，但是復(fù)合墊層底面最大壓應(yīng)力值隨著EPS厚度的增加反而增大。這主要是因?yàn)樯皦|層的剛度遠(yuǎn)大....

圖1試驗(yàn)?zāi)Ｐ图坝邢拊Ｐ?br>
建立相應(yīng)的有限元模型見圖1(b),墊層四周設(shè)置位移約束、角柱底部設(shè)置全約束。1.2材料參數(shù)

圖2落石最大沖擊力對(duì)比

綜上所述,通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)及代表性沖擊力計(jì)算方法對(duì)比分析,可以驗(yàn)證本研究數(shù)值模型的合理性和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。3落石沖擊棚洞結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)

圖3沖擊力時(shí)程曲線

不同落石質(zhì)量對(duì)沖擊力時(shí)程曲線的影響情況如圖3所示。該時(shí)程曲線具有相似的形狀,呈脈沖狀變化。沖擊力在落石發(fā)生碰撞瞬間急劇增大達(dá)到最大值,隨后快速減小,在產(chǎn)生一次振蕩后減小為0。隨著落石質(zhì)量的增加,最大沖擊力從111.19kN增至638.52kN,沖擊時(shí)間從0.021s增至0.....

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