文摘
岩流对落石广泛用于交通线路。为了缓冲落石冲击和冲击能量消散,垫层通常是采用岩石脱落。本文提出使用轮胎垫层可以缓冲落石冲击利用大型的轮胎径向变形。钢筋混凝土结构模型建立与使用轮胎垫层和人工落石试验。十二个测试分为4组不同的落石质量,岩崩高度,和轮胎填充材料。简化计算模型和弹簧阻尼来源于径向重复压缩试验轮胎使用,提高了计算效率。测试和数值模拟表明,应用程序使用轮胎垫层的岩石流可以缓冲落石冲击,有效降低峰值加速度和最大冲击力。填砂和砾石的轮胎可以提高轮胎刚度和能量吸收能力但会减少缓冲效果由于其密度大。用同样的冲击能量,光落石比体重落石破坏轮胎垫层使用。
1。介绍
在山区,地质灾害频繁发生的建筑和公共基础设施构成了严重的威胁。公路和铁路穿过山脉或谷通常暴露于落石灾害,因此人们会遭受交通暂停,车辆损坏和人身伤害。近年来,全球学者对落石灾害进行了广泛的研究,提出许多落石灾害防护措施,减少事故和落石灾害造成的损失。落石防护措施可分为主动保护措施和被动的保护措施。被动保护措施包含许多结构类型如stone-blocking围栏,灵活的保护系统,摇滚了,挡土墙,大坝(1- - - - - -3]。它们不同结构形式和保护能源的能力,因此可以用在不同的工程情况(图1)[4]。岩石剥离,保护能源高能力,可以提供直接和有效的保护而不改变交通路线。因此岩棚在交通工程广泛采用落石防护措施(5]。
为了减轻落石冲击岩石剥离,能量耗散组件或垫层是必要的。Delhomme et al。6)和Mommessin et al。7]提出设置短钢管支柱和盖板之间的成员在岩石和研究了变形和能量吸收特性的支持成员通过测试和理论分析。他和吴8)和Boukria et al。9)进行了实验和数值研究结构消散岩石脱落(SDR)结构。然而,支持成员需要被替换时达到一定变形,不宜在工程应用中。垫层的顶部盖板是更好的办法;缓冲层可以驱散落石和盖板之间的接触应力,减少落石运动加速度,和扩展函数落石对盖板的影响,从而减少的落石冲击力峰值板(3]。由于经济原因,砾石和土壤通常用作垫层材料工程(10]。研究碎石垫层材料在岩石广泛实施。吉田et al。11和et al。12)进行砂垫层上的测试和理论分析。Schellenberg et al。13和格柏等。14)提出了一种新型的金属丝网组成的缓冲系统和泡沫玻璃和开展大型测试和理论分析;结果显示缓冲层具有优良的耗能效果。洛伦兹et al。15)提出了一种三明治结构组成的钢筋混凝土板(图2)、砾石和轮胎通过测试并研究其性能。王等人。5)提出了垫层组成的聚氨酯泡沫并进行了实验和数值模拟。
垫层与旧轮胎、钢丝和沙袋(图3)提出和缓冲层可以简化为弹簧阻尼模型,弹性变形能力和耗能能力。进行冲击试验和数值模拟研究使用轮胎展示其力学性能不同的配置,为优化设计提供一个参考和应用新的垫层。
2。落石冲击试验对轮胎垫层使用
2.1。试验材料和方法
旧轮胎径向类型在所有测试。线程几乎是穿平没有皮带损坏或任何机械损伤,裂缝或洞的轮胎。如图4,三个195/60R15类型旧轮胎并排设置在径向和钢丝保税为了一起工作。轮胎垫层用于测试是定位在钢筋混凝土结构的中心板如图5。两个限值器定位块轮胎滚动。
钢筋混凝土结构如图5由四个支柱,建立四个基础梁、4上横梁和一个屋顶大小2 m×2 m×2 m。柱的横截面尺寸是300毫米×300毫米。波束宽度是200毫米,高度是300毫米。屋顶厚度为100毫米。HRB335钢筋强度。C30混凝土强度。在测试使用的人工落石是钢筋混凝土结构,如图14面孔5(多维数据集有八个角切)。一套环上表面中央为连接自动脱钩设备人工落石。混凝土结构表面的屋檐下加速度传感器连接到江苏测试®TST6200动态仪器设置集合。Photron®高速摄像机将落石冲击期间测试帧率250 fps。
落石试验分为4组根据不同轮胎填充内容和岩崩质量如表所示1。在每组有三个测试落石的高度是不同的。轮胎在组1和2是装满沙子,但落石高度是不同的。轮胎在3充满了砾石和集合4是空没有填。
落石高度是指低表面之间的距离落石和垫层的顶面。落石冲击能量计算重力10 m / s2。计算是基于假设势能转化为动能不考虑空气阻力等。
解耦装置连接到起重机和岩崩然后起重机将取消落石通过自动摘钩装置一套高度。TST6200和高速摄影机打开。开关脱钩装置释放落石。TST6200和高速摄影机记录数据配置。测试是按照顺序进行编号表1。
2.2。测试结果
作为测试,观察落石将影响轮胎垫层或混凝土结构屋顶一次或更多的第一影响,反弹后轮胎垫层(如图6)。随后的影响和反弹是无视,只有第一个落石对垫层的影响进行了研究。力落石和垫层之间加速度下的混凝土结构屋顶的影响考虑在内。
(一)落石进入相机捕捉范围(34帧)
(b)第一次岩崩接触轮胎垫层(帧)
(c)落石冲击最低点的跟踪(79帧)
(d)第一次岩崩篮板除了轮胎垫层(帧)
(e)落石反弹至顶峰的跟踪第一次撞击之后(帧)
(f)落石冲击第二次垫层(246帧)
根据牛顿第三定律,平均落石冲击力应用于轮胎垫层=平均力轮胎垫层应用于落石: :落石质量, 米/秒2:重力加速度, :第一次岩崩接触轮胎垫层, :落石冲击速度对应;速度设置正与反重力方向, :第一次岩崩篮板除了轮胎垫层, :落石速度相应的反弹, :时间,岩崩接触轮胎垫层。以落石为分析对象,根据动量定理,我们有 根据能量守恒定律,落石冲击速度速度,而反弹和接触时间要通过高速摄像机图像计算得到。
帧速率的高速相机设置为250 fps考虑计算和光线条件要求。图像相对应是框架和图像相对应是框架。帧捕获而落石篮板峰值跟踪第一次撞击之后。我们有 总之,我们有 图6显示第一个落石对垫层的影响在测试2 #。平均力轮胎垫层应用于落石可以基于计算,,使用公式(3)。平均力轮胎垫层应用于落石和峰值加速度影响下的混凝土结构板所有4套测试表2。
2.3。落石冲击能量
在每组的测试时间,岩崩接触轮胎垫层与落石冲击能量增加。接触时间增加一步是小而轮胎装满沙子或小石子。接触时间增加2 ~ 5%邻落石冲击能量。接触时间增加一步是大型轮胎在空没有填。接触时间增加2 ~ 5%邻落石冲击能量。
在每个组测试中,混凝土结构板的峰值加速度随落石冲击能量。峰值加速度增量大,轮胎是装满沙子或小石子。峰值加速度增加82 ~ 312%邻落石冲击能量。峰值加速度增量很小而轮胎空没有填。增量增加23 ~ 25%邻落石冲击能量。
平均力轮胎垫层应用于落石和落石的反弹速度与冲击能量增加每组内测试。
轮胎都装满沙子在测试集一组和B和岩崩质量是100公斤和200公斤,分别为测试设置相同的一组和B落石冲击能量、接触时间、接触力、混凝土板都是更大的峰值加速度设置一套比B,但落石反弹速度是相反。
总之很明显,接触的时间和力量,岩崩反弹速度,加速度峰值的混凝土板与落石冲击能量增加。但在相同的冲击能量,岩崩大质量是不利的。
2.4。填充的内容
在测试设置中,C, D,岩崩群众都是100公斤。但同样的冲击能量,轮胎垫层显示不同的缓冲能力由于不同轮胎填充内容。
集A和C的接触时间基本上是相同的和接触时间集D是最长的三组中约有8%超过集A和C。
平均接触力集D之间的最小测试集A, C和D组A和C的平均接触力基本上是相同的平均23%的增长相比之下,集D。
落石反弹速度集C是最小的在测试集,C和D这表明垫层满是砾石显示良好的能量吸收特性。能量吸收能力来源于砾石破碎和摩擦。
板在D组,峰值加速度是最小的三组内测试。峰值加速度的板组A和C基本上是相同的平均高出197%,在集D。
总之,四组内测试,使用轮胎垫层没有任何填充性能更好的缓冲落石冲击,降低峰值加速度岩棚板和更轻的重量与垫层装满沙子或小石子是可取的。由于试验条件的限制,较低的测试进行落石冲击能量和使用轮胎变形很小。使用轮胎垫层将被压缩和夷为平地。装满沙子或小石子、轮胎刚度增加,轮胎还可以吸收部分冲击能量从挤压和摩擦沙子和砾石。然而,不同于(15),沙和砾石与大密度将使其不宜在岩石将在很大程度上增加静负荷。在实际工程应用中,可以设置垫层和多层填充聚氨酯泡沫、聚苯乙烯,低密度工业废料或其他轻质材料与细胞结构以提高垫层的刚度和能量吸收能力。
3所示。数值模拟
3.1。简化计算模型
张(16和王、杨17)进行了轮胎的有限元模拟和仿真结果与实验结果有很好的一致性。为了提高计算效率,本文简化了轮胎计算模型。195/60R15类型使用轮胎径向压缩三次连续使用200 kN的万能试验机的加载速度和200毫米/分钟;每个压缩终止当轮胎变得不稳定。轮胎基本上恢复到原始形式卸货后几乎没有变形。
轮胎受力变形的设计曲线在重复压缩试验如图7。从两种类型的轮胎受力变形的设计曲线,压缩受力变形的设计曲线的三次小变形下的价值和趋势一致。与轮胎变形增加,轮胎熊第一啤酒力量压缩比相同的第二次或第三次压缩变形,但第二和第三的压缩曲线几乎是相同的。这表明轮胎后第一次压缩执行稳定的机械性能。
轮胎在径向压缩显示良好的弹性性能测试,类似于春天的力学性能,建立弹簧阻尼模型使用COMBI165元素(弹簧阻尼元素)来模拟轮胎使用落石下垫层的影响。第二和第三的平均压缩force-deformation曲线,然后简化折线图所示8。
图9(一个)建立轮胎模型按照文献[16,17)和图9 (b)是使用弹簧阻尼简化计算模型元素。在图9(一个)上面的蓝色部分是落石的有限元模型,底部的红色部分是混凝土板,中间部分是轮胎的有限元模型。在图9 (b),的意义上蓝色部分和红色部分底部上面提到的图一样9(一个)。轮胎的中间部分是一个简化的模型与绿色上盘和下盘,中间黄色春天的元素。接触力轮胎和板之间分别来自轮胎模型和简化模型匹配在趋势,峰值时间和持续时间,如图10。轮胎模型和简化模型所需的计算时间是大约十小时在20分钟。更好的效率和简化模型很容易通过实验获得的参数。
(一)轮胎模型
(b)简化计算模型
混凝土结构模型建立了符合实际的财产在落石冲击试验。进行了模拟与落石100公斤,身高1米,2米,3米。平均冲击力应用板和轮胎变形来源于仿真与测试结果比较表中列出3和4。测试结果小于底部的模拟人工落石不能调整轮胎垫层的顶面平行,所以落石底面不能并行期间轮胎垫层的顶面影响和反弹。落石运动组件的水平速度导致低价值与模拟。
3.2。模拟条件
性能混凝土板使用和不使用轮胎垫层都是两个系列的模拟仿真,如表所示5。简化计算模型。落石在模拟能源1 kJ, 2 kJ, 3 kJ, 5 kJ, 10 kJ是不同的质量和高度下降。串联一个、落石是相同与不同的下降高度和质量,100公斤。串联两个、落石是相同与不同的质量和高度下降,2 m。
3.3。仿真结果和分析
简化模型计算效率高的优点和方便地访问参数可以用来模拟落石的影响过程和结果可以反映使用轮胎垫层的性能。结果来源于模拟落石与不同质量和高度影响板没有垫层的表6和7显示板最大冲击力和位移与落石能量增加。相同的落石能量和岩崩质量的增加,板板冲击力减小和峰值位移增加。
结果来源于模拟落石与不同的质量和高度影响板垫层图11显示最大冲击力与落石能量增加。相同的落石能量和增加落石质量,冲击力峰值增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
与落石配置,,,轮胎完全粉碎了。相同的落石冲击能量5 kJ,轮胎不能完全被落石与配置但完全被落石与配置。用同样的落石冲击能量10 kJ,峰值与落石冲击力是1080 kN配置并与落石冲击力峰值为500 kN配置。可以从,(是动能,的动力),这意味着相同的动能,岩崩动量与大质量相对较大。平均在每个影响冲击力过程是列在表中8。这表明,相同的落石冲击能量,平均与落石冲击力和轮胎变形增加质量。
的最大冲击力与垫层应用于板是远远低于从表的比较,没有垫层6与图11。使用轮胎垫层显示了落石伟大的缓冲效果的影响。
4所示。结论
岩石是常用的交通线灾难保护。为了提高岩石剥离性能,影响缓冲和吸收能量的措施通常采用。提出了一种轮胎垫层用于岩石剥离和执行测试和数值模拟研究;结果表明,(1)使用轮胎垫层能有效缓冲落石冲击并减少峰值加速度和最大影响的岩石流板;(2)垫层装满沙子和碎石可以增加刚度和能量吸收能力但同时增加死岩石剥离负荷;(3)具有相同的能量,岩崩大质量更不利的垫层;(4)简化计算模型可以大大提高计算效率和计算的参数是容易获得通过测试。
在实际工程应用中,可以设置垫层和多层填充聚氨酯泡沫、聚苯乙烯,低密度工业废料或其他轻质材料与细胞结构以提高垫层的刚度和能量吸收能力。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由格兰特从中国国家自然科学基金(51378495和51378495号),重庆市自然科学基金(cstc2012jjA30005 cstc2012jjB30004),和重庆的土地资源和房屋管理局。