组合网架桥在撞击作用下的动力分析

孙乃昭 拜伟

【摘要】该文对四车位的三层组合网架公路梁桥在撞击力作用下的动力响应问题，利用非线性有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA进行了研究。通过计算机数值模拟计算，分析了该桥在不同撞击力作用下时对组合网架的影响。结果表明：杆件开始响应的时刻比撞击力开始作用的时刻相对滞后；破坏时构件失效的顺序为：先是上弦梁、桥面板，接着是竖杆和上腹杆，上述杆件破坏后，因中层弦杆和下层杆仍为双层网架结构，剩余的部分还具有一定的承载能力；最后的破坏模态为撞击块局部穿透网架并产生一定范围的塑性大变形区域。

【关键词】结构工程；冲击动力响应；破坏模态；三层组合网架

一、计算模型

本文采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序进行冲击动力仿真分析。模型采用四车位的正放四角锥三层组合网架梁桥，主跨36米，两边跨18米，共72米，其模型及网格划分见图1。

计算模型中，组合网架的上腹杆、下腹杆、中弦杆、下弦及竖杆的材料均为φ140×10mm的焊接钢管，本构关系选用ANSYS/LS-DYNA中的材料Material 3，Plastic Kinematic模型，材料密度为7850kg/m3，弹性模量为206GPa，泊松比为0.30，屈服强度为235MPa，屈服后强化模量为6.18GPa，断裂失效应变为20%，杆件选用梁单元Beam 161。桥面板、网架的上弦梁、墩盖梁及桥墩为钢筋混凝土材料，本构关系仍使用Material 3，Plastic Kinematic模型，其材料密度为2500kg/m3，弹性模量为37.8 GPa，泊松比为0.18，屈服强度为35MPa，屈服后强化模量为0.378GPa，断裂失效应变设为混凝土最大受压失效应变，即0.38 %。撞击物为边长2米的立方体，块体下表面距桥面高度为4米，撞击位置在桥面中心。……