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鑄鐵防撞橋梁支架的受力變形情況分析與計算模型建立與分析[一]、鑄鐵防撞橋梁支架的受力變形情況分析
鑄鐵防撞橋梁支架是我國公路建設中常用的一種鑄鐵防撞橋梁支架形式，它的作用原理是：汽車與鑄鐵防撞橋梁支架發(fā)生碰撞時，該系統(tǒng)利用鑄鐵護欄支架基礎、鑄鐵防撞橋梁支架及波形梁的局部或共同變形來吸收碰撞能量，并利用其彈性使失控的車輛改變行駛方向并恢復到正確的行駛狀態(tài)。因此，鑄鐵防撞橋梁支架安裝在堅實的基礎中，才能在受到汽車碰撞時使立，柱發(fā)生彎曲變形，同時基礎發(fā)生的壓縮變形，從而完成鑄鐵防撞橋梁支架系統(tǒng)的吸能過程。但是在現(xiàn)行的相關規(guī)范中，僅對鑄鐵防撞橋梁支架波形梁、鑄鐵防撞橋梁支架、拼接螺栓等的幾何尺寸、材料、鍍層工藝等提出了要求，而對鑄鐵防撞橋梁支架基礎形式及規(guī)格沒有作明確的規(guī)定，對基礎填土的壓實度沒有明確規(guī)定，導致大量在使用中的鑄鐵防撞橋梁支架由于基礎填土壓實度不足，而使鑄鐵防撞橋梁支架結構的性能達不到要求。本文對鑄鐵防撞橋梁支架基礎加固措施進行研究，可為鑄鐵防撞橋梁支架的設計和施工提供的參考。
在鑄鐵防撞橋梁支架受到汽車撞擊時，鑄鐵防撞橋梁支架承受的作用力可以簡化為兩個力：一是波形梁通過托架傳遞的汽車的碰撞力，二是鑄鐵防撞橋梁支架基礎作用在鑄鐵防撞橋梁支架下部的被動土壓力。前者可以視為一集中力，作用點位于波形梁中心部位托架與鑄鐵防撞橋梁支架的連接處受力簡化。
實車足尺鑄鐵防撞橋梁支架碰撞實驗結果表明：當汽車與鑄鐵防撞橋梁支架發(fā)生碰撞時，鑄鐵防撞橋梁支架發(fā)生彎曲變形的部位主要位于路面頂面以下0.15至0.25m處。當鑄鐵防撞橋梁支架的彎曲變形過大時，就可能會出現(xiàn)鑄鐵防撞橋梁支架截面的弱化和失穩(wěn)，這樣的破壞形式類似于鑄鐵防撞橋梁支架的三點彎曲實驗，因此，這種彎曲變形也可以簡化為理想的剛塑性失穩(wěn)過程。
卸載臨界轉角在20-30度范圍內(nèi)的彎曲過程，可以較好地模擬鑄鐵防撞橋梁支架在鑄鐵防撞橋梁支架受到汽車撞擊時的作用情況。因此，在現(xiàn)行的鑄鐵防撞橋梁支架系統(tǒng)中，如果要用一種新的結構來替換鑄鐵防撞橋梁支架。換言之，針對現(xiàn)行的鑄鐵防撞橋梁支架，在汽車與鑄鐵防撞橋梁支架發(fā)生碰撞時，彎折點位于路面頂面下0.2m以上，在這個前提下，不管采用什么樣的基礎加固形式，均可鑄鐵防撞橋梁支架系統(tǒng)的性。但是，當鑄鐵防撞橋梁支架基礎填土的壓實度較小時，鑄鐵防撞橋梁支架遇到碰撞，鑄鐵防撞橋梁支架的變形彎折點將會下移，甚至整個鑄鐵防撞橋梁支架將會產(chǎn)生剛體轉動，從而會使鑄鐵防撞橋梁支架系統(tǒng)的整體剛度降低，整體性能必然下降。因此，當路側、中央分隔帶內(nèi)路基土壓實度低于《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30)對路基路床壓實度的要求時，需要采取措施對鑄鐵防撞橋梁支架基礎進行加強。
[二]、公路橋梁支架的計算模型建立與分析
1)節(jié)點分析。根據(jù)公路橋梁支架鋼管連接所使用的碗扣接頭的實驗研究、物理性能、其力學性能以及本實驗室的實驗結果可得出以下結論:
a.公路橋梁支架橫桿在水平面內(nèi)所能承受的彎矩(扭艷很小。此方向上不存在彎矩的傳遞，即無彎矩約束。b.公路橋梁支架橫桿在垂直平面內(nèi)能承受的彎矩。在橫桿和立桿垂直平面內(nèi)橫桿分配的彎矩數(shù)值比較小，橫桿和立桿連接處能夠承受如此小的彎矩，橫桿主要承受剪力，因此此平面內(nèi)存在彎矩約束。c.無論橫桿和立桿均具有良好的抗拉、抗壓能力和抗剪能力。即節(jié)點處存在軸向約束和剪切約束。
2)底部支撐分析。公路橋梁支架底部焊接了一塊100mmx100mmx5mm見方的鐵板，壓在混凝土塊或枕木上，由于鋼管和鑄鐵僅僅用焊接的方式連在一起，受彎時鋼管和鑄鐵很容易松脫，因此，此部位空間抗彎能力較差。當加載后由于上部荷載比較大，造成支撐底部具有很大的摩擦力，立桿不會滑動。同時，公路橋梁支架底部豎向具有抗壓能力，而無抗彎能力，所以底部支座處無彎矩約束，為鉸接連接3)支撐頂部枕木與公路橋梁支架的連接方式分析施工過程中，公路橋梁支架支撐頂部所使用的枕木截面積一般是85mmx110mm。公路橋梁支架支撐結構頂層端點焊接了一塊鐵槽，橫向枕木嵌入鐵槽中。在順橋方向邊福鋼管處，枕木與鋼管組合部位在橫向平面內(nèi)抗彎能力較差，順橋平面內(nèi)沒有抗彎能力，但抗壓、抗剪能力強。在順橋方向中間榻鋼管處，枕木與鋼管組合部位在橫向平面內(nèi)抗彎能力較強，在順橋平面內(nèi)沒有抗彎能力，但是抗壓、抗剪能力強4)模型的建立根據(jù)以上分析，對于施工過程中的公路橋梁支架支撐系統(tǒng)所選用的模型，應為具有半剛性節(jié)點的空間框架模型，具體描述如下:a、橫向或縱向任意面內(nèi)(除了頂層鋼木組合部位夕廿立桿與橫桿的連接為剛接，頂層鋼木組合處為鉸接。底部鋼管與枕木或混凝土塊連接處為鉸接。b.橫向或縱向面內(nèi):水平面內(nèi)橫桿與立桿的連接為鉸接。
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