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山区桥墩抗冲击及冲刷技术研究

时间:2016/5/18 10:28:59  作者:未知  来源:网络转载  
  一、滚石冲击桥墩背景介绍及防治对策
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  主要特点:
  ●分布范围广
  ●发生突然
  ●频率高
  ●大变形
  ●冲击破碎
  ●复杂能量转化
  滚石灾害是继滑坡、泥石流后第三大次生山地灾害,我国在滚石灾害基础研究较为薄弱,灾害防治缺乏相应的规范或标准指导。
危害对象:公路、铁路、桥梁、隧道进出口、行驶车辆、过往人群等
  
危害对象:公路、铁路、桥梁、隧道进出口、行驶车辆、过往人群等
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地震诱发大量滚石灾害
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滚石冲击桥墩破坏
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  1981年7月9日凌晨1时30分,四川大渡河南岸利子依达沟暴发特大泥石流,泥石流冲毁成昆铁路尼日车站北侧跨越利子依达沟口的利子依达大桥,导致422次直快列车跌入大渡河,造成240余人遇难,146人受伤,成昆铁路瘫痪372小时,直接经济损失数以亿计,是世界铁路史上迄今为止由泥石流灾害引发的最严重的列车事故。
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  第一代 夹层聚氨酯充填结构桥墩防护产品及应用
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重力作用下,桥墩Z方向应力分布图
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(a)无防护桥墩           (b)有防护桥墩
滚石碰撞下桥墩及防护装置保护下桥墩变形
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滚石碰撞下有无防护装置时桥墩受力-时间对比曲线
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碰撞过程中滚石动能-时间对比曲线
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  第二代:泡沫铝复合垫层桥墩防护产品及应用
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设计思路:贴身包裹隔断水石流”+“垫层耗能
结构形式:(a)可呈“圆形”“椭圆形”或“异型”包裹(b)可“正心”“偏心”包裹 (c)可多层包裹(d)可充填不同耗能材料(e)可实现模块化生产;
结构特点:可“磨蚀+撞击”防护兼顾,适用性强、柔性高效、便捷快速。
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  第三代:分片组合式桥墩防护产品
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  桥墩抗冲击荷载:山区桥墩抗冲击及冲刷技术研究

  滚石(泥石流)冲击力:山区桥墩抗冲击及冲刷技术研究
 
  桥墩抗冲击安全系数:山区桥墩抗冲击及冲刷技术研究
  二、滚石冲刷桥墩背景介绍及防治对策

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滚石磨蚀桥墩破坏
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  泥石流对桥墩冲刷防治关键技术

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  以“定制微型桩+抗蚀蜂窝笼+定制框架”+“微型桩栅栏”基础的抗冲刷复合结构
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  数值模拟方向进展
  物质点法
  ●物质点法将材料离散成一组质点,质点携带质量、位置、动量和能量等物质的所有信息;
  ●同时在整个计算区域建立欧拉背景网格;
  ●每个时间步开始,将物质点的信息映射到空间固定的网格,在固定网格上集成动量方程;
  ●求解后,将计算网格结点的运动量映射回物质点,更新物质点的位置、速度等信息;
  ●时间步结束时,重置已变形的网格。
  ●优点:分析大变形问题时有效地避免了网格畸变。
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  离散介质法
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  物理实验和离散元方法的对比,很好地证明了离散介质方法的可行性。
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  桥墩洪水冲刷动力过程模拟与试验对比

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  物理模型实验
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  桥墩抗冲刷防治技术
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  仪器设备
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  物理模型实验
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  采用压阻式冲击力传感器采集泥石流冲击桥墩过程中桥墩不同位置的冲击力数据,下图为同一次泥石流冲击试验中由高至低纵向排列的三个位置上桥墩所受冲击力与时间关系曲线图。
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  工程示范应用:芦山地震灾区S210线滚石灾害应急防护工程
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  工程示范应用:都江堰-汶川高速公路沙坪大桥棚洞
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  位于都汶高速公路K16+042.5的沙坪大桥与隧道出口连接,隧道上方危岩严重威胁大桥形车安全!需要在桥面上设置轻钢结构柔性棚洞 对滚石进行防护!
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  采用金属耗能器与橡胶垫层相结合,将冲击能量400KJ的滚石最大冲击力控制在100KN以内!
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山区桥墩抗冲击及冲刷技术研究金属耗能器
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橡胶垫层
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  工程示范应用:土工格栅+EPS复合缓冲垫层技术
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  工程示范应用:西藏樟木镇扎美拉山崩塌滚石灾害防护工程
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  三、技术需求
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  需求!
  1、抗冲击性能较好的高分子材料
  2、抗磨蚀性能较好的高分子材料
  3、新结构新材料在山区桥墩中的应用

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