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车撞作用下钢筋-超高性能混凝土桥墩损伤破坏机理与性能设计

批准号:
52108474
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李瑞文
依托单位:
学科分类:
工程防灾
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李瑞文

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
普通钢筋混凝土桥墩在车辆撞击作用下易发生严重破坏,甚至完全丧失承载力引起桥梁整体倒塌,造成巨大的经济损失和人员伤亡。相对而言,超高性能混凝土具有优异的弯拉性能、变形能力、拉伸断裂能及应变率效应。本项目拟围绕钢筋-超高性能混凝土(R-UHPC)桥墩的抗车撞性能评估与设计,开展UHPC动态本构关系,以及车辆撞击作用下R-UHPC桥墩动态响应与损伤破坏的研究工作。通过系统静、动态力学性能试验,标定UHPC的动态损伤K&C模型,建立其本构参数确定方法;进行典型模型水平撞击试验与数值仿真分析,揭示车辆撞击作用下R-UHPC桥墩的损伤破坏机理,提出墩柱动态抗弯、抗剪承载力计算方法,以及失效模式判别准则;基于实车撞击工况的高精度数值仿真和参数影响分析,进一步建立R-UHPC桥墩的抗车撞性能设计方法。预期成果可为R-UHPC桥墩的抗车撞性能评估、设计和工程应用提供一定的理论基础和技术支撑。
英文摘要
Normal reinforced concrete bridge piers were prone to severe damage under vehicular collision. Under such circumstance, the collided bridge piers could lose their bearing capacities and further trigger overall collapse of bridge. Comparatively, ultra high performance concrete has the excellent flexural-tensile property, tensile facture energy, deformation capacity and strain-rate effect. Focusing on the vehicular impact-resistant performance evaluation and design of the reinforced-ultra high performance concrete (R-UHPC) bridge pier, this project will perform the study on the dynamic constitutive relation of UHPC, damage/failure and dynamic responses of the R-UHPC bridge pier under vehicle impact. By conducting the systematic static and dynamic mechanical properties tests, the parameters of dynamic damage K&C model will be comprehensively calibrated for the UHPC, and the algorithm for constitutive parameters will be derived. Moreover, based on the typical model lateral impact tests and numerical simulations, the damage mechanism of the R-UHPC bridge pier under vehicle impact will be revealed, the calculation methods of the dynamic shear and bending bearing capacities will be proposed, and the failure mode judging criterion of the impacted R-UHPC bridge pier will be established. Furthermore, by performing the high-fidelity numerical analysis of actual vehicle-bridge collision and parameter influencing study, the impact-resistant performance design method of the R-UHPC bridge pier will be put forward. The expected findings will provide the theoretical basis and technical support for the vehicular impact-resistant evaluation, design and engineering application of the R-UHPC bridge piers.
公路桥梁作为公共交通的重要基础设施,其安全是整个交通网运行的关键保障,对国家经济持续稳定发展具有重大的战略意义。车辆撞击下普通钢筋混凝土(RC)桥墩易发生严重破坏,甚至完全丧失承载力引起桥梁整体倒塌,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。超高性能混凝土(UHPC)具有优异的弯拉性能、变形能力、拉伸断裂能及应变率效应,是一种潜在的抗撞击材料。鉴于此,本项目紧密围绕UHPC动态本构关系和车辆撞击下R-UHPC桥墩动态响应与损伤破坏开展了研究工作。主要研究内容包括:(i)基于UHPC静动态力学性能试验,全面标定了K&C模型,建立了适用于描述中/低速撞击作用下UHPC动力行为的力学本构与参数快速生成方法;(ii)基于水平撞击缩尺试验,揭示了撞击作用下R-UHPC墩柱破坏机理与失效模式,提出了失效模式评估准则,进一步建立了等效多自由度R-UHPC墩柱的动力响应快速计算方法;(iii)开展了CFRP加固RC墩柱的水平撞击缩尺试验与数值仿真分析,对比分析了CFRP加固对墩柱抗撞性能的影响,建立了(未)加固墩柱的动态抗剪承载力计算方法,提出了CFRP的有效加固措施;(iv)开展了重型车辆撞击原型双柱式梁桥的精细化数值仿真分析,厘清了桥梁倒塌机制,划分了桥墩损伤破坏等级与抗车撞性能目标;(v)基于上述试验、数值仿真与理论分析工作,提出了基于桥墩动态抗剪承载力与需求之比的损伤程度评估因子与评估方法,进一步建立了基于性能的桥墩抗车撞性能设计方法。在项目执行期间,负责人获批国家自然科学基金面上项目1项,获陕西省第十五届自然优秀学术论文三等奖,发表相关学术论文8篇,其中SCI检索6篇,EI检索2篇,培养硕士研究生2名,并带领研究生参加第五届全国基础设施防灾减灾工程青年学者学术会议等会议。
落石冲击作用下铺设砂石垫层RC棚洞的损伤破坏机理与性能评估
  • 批准号:
    52378536
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李瑞文
  • 依托单位:
车撞作用下钢筋-超高性能混凝土桥墩损伤破坏机理与性能设计
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    30万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李瑞文
  • 依托单位:
国内基金
海外基金