基于Hertz理论的落石撞击桥墩冲击力计算公式及参数研究  

Research on Calculation Formula and the Parametric Study on Impact Force of Rockfall Hiting Against Piers Based on Hertz Theory

作　　者：钟汉清 吕梁[1] 辜友平 赵雷[1] Zhong Han-qing;Lv Liang;Gu You-ping

机构地区：[1]西南交通大学土木工程学院,四川成都610031

出　　处：《中外公路》2020年第1期113-119,共7页Journal of China & Foreign Highway

基　　金：国家科技支撑计划项目(编号:2009BAJ28B01);四川省交通运输厅科研项目(编号:川交勘设-2011-035)。

摘　　要：落石撞击棚洞的冲击力公式已较为成熟,但落石撞击桥墩的冲击力公式研究较少。基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,通过速度恢复系数引入落石反弹计算项,建立了落石撞击桥墩的力学计算模型,推导了落石撞击桥墩的弹性和弹塑性冲击力表达式,并讨论了落石的冲击速度、冲击角度及半径对冲击力的影响;建立落石-桥墩有限元模型,将数值模拟得到的弹性与弹塑性冲击力与理论值进行对比。结果表明:落石弹性冲击力结果偏大,考虑材料弹塑性的冲击力表达式更符合工程实际。实例结果显示弹塑性冲击力仅为Hertz弹性冲击力的21.58%;落石冲击力随着冲击速度和半径的增大而递增,随着冲击角度的增加而递减;在进行桥墩防撞设计时,应充分调研落石等效半径的分布情况,可在碰撞区铺设一定厚度的低强度混凝土;用弹塑性冲击力理论公式进行设防时,建议引入落石弹塑性冲击力折减系数,其值可取0.6~0.8。

关 键 词：桥梁工程 落石 桥墩 Hertz弹性理论 Thornton弹塑性理论 冲击力 

分 类 号：U442[建筑科学—桥梁与隧道工程]