[发明专利]一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤评估方法

说明书

一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤评估方法，包括：（1）计算不同撞击速度和撞击质量组合工况下的撞击动能E、应变率和截面损伤因子d_k；（2）建立截面损伤因子d_k与撞击动能E、应变率之间数学模型；（3）得到应变率‑撞击动能E损伤状态评判阈值表达式；（4）建立应变率‑撞击动能E损伤状态评估云图，确定混凝土桥墩损伤情况。本发明在考虑车辆撞击动能对混凝土桥墩损伤贡献的基础上，进一步计入应变率效应对混凝土桥墩撞击损伤的影响，建立一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤程度的评估方法，从而真实的反映车辆撞击后混凝土桥墩的损伤程度，为混凝土桥墩抗撞设计和车辆撞击后桥墩结构快速准确评估提供参考。

技术领域

本发明涉及一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤评估方法，属桥梁工程保护技术领域。

背景技术

随着我国经济快速发展，城市道路交通的运输负担日益繁重。跨线桥梁因其具有跨越障碍以及与普通道路交错并行的优势，成为缓减城市道路交通压力的重要途径。但受车辆超载超限、路政管理不健全、驾驶失误等因素的影响，车辆撞击混凝土桥墩事故屡见不鲜，造成巨大的经济损失和社会影响。为此，对车辆撞击后混凝土桥墩损伤程度进行快速评估显得尤为重要。

目前的研究表明混凝土桥墩在车辆撞击发生后，其损伤程度与融合车辆撞击速度和撞击质量的撞击动能密切相关。因此，国内外学者基于撞击速度和撞击质量，分别以车辆撞击力、桥墩变形、剩余承载力和动态剪力等为损伤评估指标，提出了不同混凝土桥墩车辆撞击损伤评估方法。但混凝土桥墩撞击后的真实损伤状态表明，即使撞击动能相等，实际的损伤程度也可能存在显著差异。这是由于车辆撞击过程中，混凝土桥墩存在明显的应变率效应，而目前的损伤评估方法忽略了应变率效应对桥墩损伤的影响。因此，在考虑撞击动能的基础上，进一步计入材料应变率效应，建立车辆撞击后混凝土桥墩损伤程度评估方法具有重要的现实需求。

发明内容

本发明的目的是，针对现有不同混凝土桥墩车辆撞击损伤评估方法忽略了应变率效应对桥墩损伤的影响，导致评估不准确存在问题，提出一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤评估方法。

实现本发明的技术方案如下，一种混凝土桥墩车辆撞击后损伤评估方法，包括以下步骤：

S1，开展混凝土墩柱落锤冲击试验，得到墩柱应变率时程试验曲线。

S2，基于LS-DYNA软件，结合混凝土和钢筋应变率效应数学模型，建立混凝土墩柱落锤冲击有限元模型。

S3，应用建立的冲击有限元模型，计算混凝土墩柱落锤应变率时程曲线，通过与试验曲线对比，修正混凝土应变率效应数学模型中应变率阈值。

S4，基于修正后的混凝土应变率效应数学模型，建立车辆和混凝土桥墩接触有限元模型，计算不同撞击速度和撞击质量组合工况下的撞击动能E、应变率和截面损伤因子d_k。

S5，通过数值回归建立截面损伤因子d_k与撞击动能E、应变率之间数学模型。

S6，根据桥墩破坏状态界限，计算截面损伤因子阈值p和q，得到应变率-撞击动能E损伤状态评判阈值表达式。

S7，建立应变率-撞击动能E损伤状态评估云图，根据实际的撞击动能E和应变率在损伤状态评估云图中位置确定混凝土桥墩损伤情况。

所述混凝土和钢筋应变率效应数学模型，包括混凝土应变率效应和钢筋应变率效应；

混凝土应变率效应的数学表达式如下：