亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        GFRP筋混凝土護(hù)欄設(shè)計(jì)與安全性能分析

        2019-03-08 01:00:14亢寒晶楊福宇高建雨閆書明
        城市道橋與防洪 2019年1期
        關(guān)鍵詞:承載力混凝土設(shè)計(jì)

        焦 宇,亢寒晶,龔 帥,楊福宇,高建雨,李 明,閆書明

        (1.深圳高速公路股份有限公司,廣東 深圳 518035;2.北京華路安交通科技有限公司,北京市 100071;3.深圳海川新材料科技股份有限公司,廣東 深圳 518040)

        0 引 言

        隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進(jìn),我國公路事業(yè)也突飛猛進(jìn),截至2016年底全國公路總里程達(dá)到469.63萬km[1]。公路護(hù)欄作為公路重要的安全設(shè)施,是事故車輛在高速公路上的最后一道防線,對高速公路的安全運(yùn)營至關(guān)重要。鋼筋混凝土護(hù)欄因其剛度大、車輛不易穿越或翻越等顯著的優(yōu)越性而被應(yīng)用。但其重量載荷大、混凝土保護(hù)層易剝落、鋼筋易銹蝕,長期使用護(hù)欄的安全防護(hù)性能大大降低,從而限制了鋼筋混凝土護(hù)欄的廣泛應(yīng)用。

        近年來玻璃纖維(GFRP)筋材料取得了快速發(fā)展,與普通鋼筋相比較,GFRP筋有著優(yōu)異的力學(xué)性能:高承載能力,抗拉能力強(qiáng),桿體強(qiáng)度是同等直徑鋼筋的2倍,但質(zhì)量只有鋼筋的1/4;彈性模量穩(wěn)定,約為鋼筋的1/3~2/5;熱膨脹系數(shù)比鋼筋更接近水泥;耐腐蝕性能好,適合在腐蝕環(huán)境中使用[2-3]。因此GFRP筋輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)使其成為替代鋼筋開發(fā)新型混凝土護(hù)欄的首選材料。

        護(hù)欄的開發(fā)過程中,用實(shí)車足尺試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真分析方法評價(jià)護(hù)欄的安全性能。實(shí)車足尺試驗(yàn)成本高、周期長,試驗(yàn)可重復(fù)性受限。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立車輛和護(hù)欄模型進(jìn)行碰撞分析,費(fèi)用低、周期短;國內(nèi)外學(xué)者已用實(shí)車足尺試驗(yàn)校核,驗(yàn)證了仿真模型具有足夠的精度和可靠性[4-5]。本文結(jié)合GFRP筋良好的性能,提出了GFRP筋混凝土護(hù)欄設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行配筋計(jì)算,并運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對GFRP筋混凝土護(hù)欄的安全防護(hù)性能進(jìn)行評估。

        1GFRP筋混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        混凝土護(hù)欄主要應(yīng)用在橋梁上,綜合護(hù)欄安全性能、施工方便性等因素,確定GFRP筋混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

        1.1 防護(hù)等級確定

        確定護(hù)欄的設(shè)計(jì)防護(hù)等級是確定護(hù)欄結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)?!豆方煌ò踩O(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D81—2017,以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》)對橋梁護(hù)欄防護(hù)等級的選取進(jìn)行了規(guī)定,見表1。由表1可以看出,《設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的常用橋梁護(hù)欄的最高防護(hù)等級為SS級,也是目前高速公路橋梁路段最常用的防護(hù)等級,作為此次GFRP筋混凝土護(hù)欄的設(shè)計(jì)防護(hù)等級。

        1.2 護(hù)欄坡面

        混凝土護(hù)欄坡面主要分為基本型、直壁式、單坡型、改進(jìn)型(F型)[6]和加強(qiáng)型,如圖1所示?;拘推旅嬖诟咚倥鲎蚕氯菀讓?dǎo)致車輛內(nèi)翻;直壁式坡面在車輛碰撞護(hù)欄后車輛所受沖擊加速度最大;單坡型坡面結(jié)構(gòu)景觀效果較為呆板,同時(shí)通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算和實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn)可知,單坡型坡面在超過80 km/h碰撞速度時(shí)易發(fā)生車輛內(nèi)翻現(xiàn)象;加強(qiáng)型坡面在坡面上部增加阻爬坎難于施工。以上四種坡面各有不足,而改進(jìn)型坡面作為規(guī)范規(guī)定的一種混凝土坡面,相比于基本型而言,減小了車輛內(nèi)翻概率;相比于直壁式而言,降低了沖擊加速度;相比于單坡型而言,其景觀及緩沖效果更佳;相比于加強(qiáng)型而言,施工方便。因此在GFRP筋混凝土護(hù)欄中選用改進(jìn)型坡面。

        表1 橋梁護(hù)欄防護(hù)等級的選取

        圖1 混凝土護(hù)欄坡面型式

        1.3 護(hù)欄有效高度

        混凝土護(hù)欄墻體有效高度指路面以上的護(hù)欄墻體高度?!对O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定設(shè)計(jì)防護(hù)等級為SS級的混凝土護(hù)欄,其最小高度為110 cm。根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真和以往實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù),高度為1 m的混凝土護(hù)欄可通過SS級實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn),但按照《設(shè)計(jì)規(guī)范》取設(shè)計(jì)護(hù)欄墻體有效高度為1.1 m偏于安全。綜上分析,GFRP筋混凝土護(hù)欄的路面以上有效高度為1.1 m,具有一定的安全儲(chǔ)備。

        1.4 護(hù)欄寬度

        混凝土護(hù)欄的寬度是影響混凝土墻體強(qiáng)度和剛度的重要參數(shù),墻體越厚則強(qiáng)度和剛度越大,但是其重量也越大,對橋梁形成永久重量荷載?!豆方煌ò踩O(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D81—2017,以下簡稱《設(shè)計(jì)細(xì)則》)推薦規(guī)定SS級混凝土護(hù)欄墻體厚度要求達(dá)到52.5 cm,這會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)龐大。若能通過研究降低混凝土墻體寬度,可有效減少橋梁主體負(fù)荷?;谝酝炷磷o(hù)欄設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和參照已經(jīng)過實(shí)車碰撞試驗(yàn)檢驗(yàn)的混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu),取GFRP筋混凝土護(hù)欄的總寬度為43 cm,頂部寬度為21.5 cm。

        綜上分析,GFRP筋混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案為護(hù)欄防護(hù)等級設(shè)定為SS級,迎撞面采用改進(jìn)型坡面,背部為直線型,護(hù)欄有效高度為1.1 m,底部寬度為430 mm,頂部寬度為215 mm,如圖2所示。

        圖2GFRP筋混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)(單位:mm)

        2 護(hù)欄配筋設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

        2.1 護(hù)欄配筋設(shè)計(jì)

        根據(jù)護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)合《設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定,護(hù)欄配筋設(shè)計(jì)方案為迎撞面和背部分別采用直徑18 mm和12 mm的GFRP筋,設(shè)置間距均為200 mm??v筋為14根直徑為12 mm的GFRP筋,預(yù)埋筋采用直徑為18 mm的加強(qiáng)筋,設(shè)置間距為200 mm。圖3為GFRP筋混凝土護(hù)欄配筋圖。

        圖3GFRP筋混凝土護(hù)欄配筋(單位:mm)

        2.2 護(hù)欄配筋驗(yàn)算

        根據(jù)護(hù)欄配筋設(shè)計(jì)方案,在確定混凝土護(hù)欄外輪廓的前提下,按照《設(shè)計(jì)細(xì)則》的屈服線理論進(jìn)行配筋驗(yàn)算,驗(yàn)證護(hù)欄強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

        2.2.1 屈服線強(qiáng)度計(jì)算公式

        當(dāng)碰撞護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)段時(shí),護(hù)欄對橫向荷載Ft的抗力標(biāo)準(zhǔn)值Rw可用下式表示:

        其中,Lc為屈服線發(fā)生的臨界長度,表達(dá)如下:

        式中:H為護(hù)欄的有效高度,m;Lc為屈服線破壞模式的臨界長度,m;Lt為碰撞荷載分布的縱向長度,m;Rw為護(hù)欄的總橫向承載能力,kN;Mw為護(hù)欄關(guān)于其豎向軸的彎曲承載力矩,kN·m;Mb為護(hù)欄頂部除Mw之外的橫梁附加彎曲承載力矩,kN·m;Mc為懸臂型護(hù)欄關(guān)于橋梁縱軸的彎曲承載力矩,kN·m/m。

        2.2.2 參數(shù)確定

        (1)《設(shè)計(jì)規(guī)范》給出了橋梁護(hù)欄的汽車橫向碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值,SS級(六級)的碰撞荷載標(biāo)準(zhǔn)值最大為520 kN,分布長度為2.4 m,則Ft=520 kN,Lt=2.4 m。

        (2)GFRP筋混凝土護(hù)欄路面以上高度為1.1 m,假設(shè)現(xiàn)澆層高度為0.1 m,則取護(hù)欄有效高度H=1.1 m+0.1 m=1.2 m。

        (3)GFRP混凝土護(hù)欄未設(shè)置橫梁,因此Mb=0。

        (4)GFRP筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值見表2,按照抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.7倍取設(shè)計(jì)值。根據(jù)GFRP筋混凝土護(hù)欄縱筋的設(shè)計(jì)得到Mw=As×ft×(∑b)=45.15(kN)。As為單根縱筋截面積;b 為每組縱筋橫向距離;ft為加強(qiáng)筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,這里為直徑12 mm玻璃纖維筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取420 MPa。

        表2 玻璃纖維筋抗拉強(qiáng)度 MPa

        (5)Mc值的估算。通過GFRP筋各危險(xiǎn)截面的抗彎承載力估算Mc值。取三個(gè)截面(截面Ⅰ-Ⅰ取護(hù)欄頂面下20 cm處)計(jì)算抗彎承載力Mu,如圖4所示,則Mu表達(dá)式為

        按單筋矩形截面進(jìn)行截面承載力驗(yàn)算,由受力平衡得fcbx=fyAs,則為定值。

        其中,在截面上取1 m的長度作為計(jì)算區(qū)域b,fy為GFRP筋設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度,As為受拉GFRP筋面積,a為受拉GFRP筋中心到截面迎撞面距離,h為截面寬度,fc為混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。三個(gè)截面中參數(shù) b、fy、As、a、fc取值相同,分別為 1 000 mm、385 MPa、1 271 mm2、54 mm、14.3 MPa。經(jīng)計(jì)算 x為34.22 mm。

        圖4 三個(gè)危險(xiǎn)截面

        a.Ⅰ-Ⅰ截面抗彎承載力。Ⅰ-Ⅰ截面寬度h=236 mm,故計(jì)算截面Ⅰ-Ⅰ的抗彎承載力為

        b.Ⅱ-Ⅱ截面抗彎承載力。Ⅱ-Ⅱ截面寬度h=305 mm,故計(jì)算截面Ⅱ-Ⅱ的抗彎承載力為

        c.Ⅲ-Ⅲ截面抗彎承載力。Ⅲ-Ⅲ截面寬度h=430 mm,故計(jì)算截面Ⅲ-Ⅲ的抗彎承載力為

        用Mu1、Mu2、Mu3的平均值作為護(hù)欄關(guān)于橋梁縱軸的彎曲承載力矩的估算值,則

        2.2.3 屈服線強(qiáng)度計(jì)算

        根據(jù)參數(shù)計(jì)算得到Ft=520kN,Lt=2.4m,H=1.2m,Mb=0,Mw=41.15 kN·m,Mc=123.58 kN·m/m,那么

        滿足強(qiáng)度要求。

        3 基于計(jì)算機(jī)仿真的護(hù)欄安全評估

        3.1 護(hù)欄仿真模型及驗(yàn)證

        在護(hù)欄仿真模型中,加強(qiáng)筋設(shè)置為彈塑性材料并采用Mat3號材料卡模擬,單元類型為線單元;混凝土設(shè)置為脆性材料并采用Mat159號材料卡模擬,單元類型為六面體實(shí)體單元。

        采用臺(tái)車試驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)兩種手段對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仿真參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。圖5為臺(tái)車試驗(yàn)護(hù)欄破壞實(shí)際和仿真結(jié)果,可以看出護(hù)欄仿真裂紋和試驗(yàn)裂紋結(jié)果一致。

        圖5 護(hù)欄臺(tái)車試驗(yàn)和仿真結(jié)果

        圖6為實(shí)車試驗(yàn)護(hù)欄破壞實(shí)際和仿真結(jié)果,可以看出混凝土結(jié)構(gòu)破壞情況仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果一致,驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。

        圖6 足尺混凝土護(hù)欄碰撞

        3.2 計(jì)算機(jī)仿真分析

        參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范[7-9],SS級GFRP筋混凝土護(hù)欄的碰撞條件見表3,安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)滿足《公路護(hù)欄安全性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B05-01—2013)中第4.1節(jié)的要求。

        表3 SS級護(hù)欄碰撞條件

        采用經(jīng)實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn)校核的計(jì)算機(jī)仿真模型,用LS-DYNA顯式有限元程序計(jì)算求解[10],對GFRP筋混凝土護(hù)欄進(jìn)行評估。

        3.2.1 護(hù)欄阻擋功能

        圖7為車輛碰撞GFRP筋混凝土護(hù)欄過程圖,可見車輛碰撞護(hù)欄過程中行駛姿態(tài)良好,車輛沒有穿越、翻越或騎跨護(hù)欄,護(hù)欄的阻擋功能滿足評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求。

        圖7 車輛碰撞護(hù)欄過程仿真

        3.2.2 護(hù)欄緩沖功能

        小客車碰撞護(hù)欄時(shí),乘員在碰撞時(shí)刻縱向速度和橫向速度分別為3.7 m/s、7.6 m/s,如圖8所示,滿足評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)小于12 m/s的指標(biāo)要求。

        圖8 乘員碰撞速度時(shí)間曲線

        碰撞后乘員加速度縱向和橫向分量分別為109.4 m/s2、133.7 m/s2,如圖 9 所示,滿足評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)小于200 m/s2的指標(biāo)要求。

        圖9 乘員碰撞加速度時(shí)間曲線

        3.2.3護(hù)欄導(dǎo)向功能

        圖10為車輛行駛軌跡圖,可見小客車在10 m內(nèi),大客車和大貨車在20 m內(nèi),沒有越過導(dǎo)向駛出框邊界線,行駛軌跡滿足評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對導(dǎo)向駛出框的指標(biāo)要求。

        圖10 車輛行駛軌跡

        綜上分析,車輛碰撞GFRP筋混凝土護(hù)欄的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求。

        4 結(jié)語

        通過上述分析,GFRP筋混凝土護(hù)欄設(shè)計(jì)方案經(jīng)配筋計(jì)算,護(hù)欄對橫向荷載Ft的抗力大于標(biāo)準(zhǔn)值,滿足強(qiáng)度要求。

        采用計(jì)算機(jī)仿真對GFRP筋混凝土護(hù)欄進(jìn)行安全性能評估,結(jié)果表明,GFRP筋混凝土護(hù)欄可對小客車、大客車、大貨車進(jìn)行有效的防護(hù),防撞等級達(dá)到SS級。

        猜你喜歡
        承載力混凝土設(shè)計(jì)
        混凝土試驗(yàn)之家
        關(guān)于不同聚合物對混凝土修復(fù)的研究
        混凝土預(yù)制塊模板在堆石混凝土壩中的應(yīng)用
        混凝土,了不起
        瞞天過?!律O(shè)計(jì)萌到家
        設(shè)計(jì)秀
        海峽姐妹(2017年7期)2017-07-31 19:08:17
        有種設(shè)計(jì)叫而專
        Coco薇(2017年5期)2017-06-05 08:53:16
        CFRP-PCP板加固混凝土梁的抗彎承載力研究
        耐火鋼圓鋼管混凝土柱耐火極限和承載力
        潛艇極限承載力計(jì)算與分析
        人妻被黑人粗大的猛烈进出 | 中文字幕午夜精品久久久| 久久综合伊人有码一区中文字幕 | 国产av一区仑乱久久精品| 中国老熟女露脸老女人| 中国丰满人妻videoshd| 白又丰满大屁股bbbbb| 亚洲精品有码在线观看| 国产伦精品一区二区三区在线| 午夜视频在线观看日本| 久久综合久久美利坚合众国| 2021久久精品国产99国产精品| 热久久这里只有| 男女啦啦啦视频在线观看| 91色区在线免费观看国产| 国产欧美一区二区三区在线看| 国产美女在线精品免费观看网址| 麻豆久久久国内精品| 国产一区二区三区最新地址 | 人妻夜夜爽天天爽| 香蕉久久久久久久av网站| 欧美日韩国产高清| 日韩av免费一区二区| 中文字幕乱码熟妇五十中出| 亚欧AV无码乱码在线观看性色 | 日本不卡视频一区二区| 国产亚洲精品精品精品| 久久久久99精品成人片试看| 亚洲国产av自拍精选| 中文字幕一区二区中文| 国产高潮刺激叫喊视频| 四虎成人精品国产一区a| 国产在线观看一区二区三区av| 精品无人码麻豆乱码1区2区| 日韩成人大屁股内射喷水| 日本a在线播放| 中文字幕日本av网站| 69国产成人精品午夜福中文| 色综合视频一区中文字幕| 国产成人免费a在线视频| 国产高清不卡二区三区在线观看|