減壓環(huán)在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)中的耗能作用研究

劉成清，田　帥，陳　馳，2，何廣杰，趙必大

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都　610031；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢　430063；3.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州　310014)

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減壓環(huán)在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)中的耗能作用研究

劉成清1，田帥1，陳馳1，2，何廣杰1，趙必大3

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都610031；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢430063；3.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，杭州310014)

基于落石防護(hù)措施受力系統(tǒng)的復(fù)雜性及不同系統(tǒng)參數(shù)研究的有效性角度考慮，數(shù)值方法正成為研究被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)動(dòng)態(tài)受力行為的重要手段。為研究被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)中的減壓環(huán)在落石沖擊作用下的耗能及緩沖作用，以實(shí)際被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)為原型，建立含減壓環(huán)及不含減壓環(huán)的兩種被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)有限元模型，基于ANSYS/LS-DYNA分析兩種防護(hù)網(wǎng)在不同沖擊能量及沖擊位置下的動(dòng)力響應(yīng)。研究結(jié)果表明：減壓環(huán)可增強(qiáng)被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的柔性、改善作用部位的性能，同時(shí)能顯著地提高被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的耗能能力。同時(shí)，數(shù)值結(jié)果的對(duì)比分析為下一步試驗(yàn)設(shè)計(jì)以校正有限元模型和研究實(shí)體構(gòu)件受力特征提供了參考依據(jù)。

交通工程；被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)；有限元方法；減壓環(huán)；耗能；沖擊

被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)是由金屬柔性網(wǎng)(鋼絲繩網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)等)、固定系統(tǒng)(錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩等)、消能件和鋼柱4部分構(gòu)成的柔性安全防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品[1](圖1)。其中消能件多采用減壓環(huán)形式，由鋼管、鋁套筒及鋼絲繩組成，如圖2所示。利用組件之間的拉壓平衡形成弱張力集成體系，以攔截的形式減小或阻止地質(zhì)災(zāi)害的危害。被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)于20世紀(jì)50年代開始使用，早期主要是防治各類斜坡坡面崩塌落石、風(fēng)化剝落和雪崩等災(zāi)害，自1995年引入我國(guó)以來，已在國(guó)內(nèi)鐵路、公路、水電站、礦山、市政等建設(shè)領(lǐng)域的落石攔截、危巖及邊坡加固、坡面圍護(hù)等方面得到了廣泛應(yīng)用[2-8]。與傳統(tǒng)的典型圬工結(jié)構(gòu)相比，被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)在受力性能、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等方面具有顯著優(yōu)越性，是一種新穎有效的落石災(zāi)害防治技術(shù)[9]。

圖1　被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的組成

圖2　減壓環(huán)結(jié)構(gòu)

Peila[10]等進(jìn)行了足尺被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)落石沖擊試驗(yàn)，研究了系統(tǒng)整體受力性能，如組件耗能及作用力大小，并分析了工程實(shí)踐中系統(tǒng)的受力薄弱部位。Gottardi[11]等對(duì)滾石沖擊被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，獲得了沖擊力峰值與滾石質(zhì)量、速度的關(guān)系。Nicot[12]、Cazzani[13]、Gentilini[14]、Spadari[15]等對(duì)滾石撞擊被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)承受落石沖擊下的動(dòng)態(tài)非線性行為及防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)承載能力，并分析了不同因素對(duì)一些系統(tǒng)性能參數(shù)的影響。在國(guó)內(nèi)，劉成清[16]等進(jìn)行了落石作用下被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)足尺模型的沖擊試驗(yàn)，分析了被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)受到?jīng)_擊之后的整體變形以及減壓環(huán)、鋼柱等關(guān)鍵構(gòu)件的耗能及其破壞機(jī)理。劉運(yùn)濤[17]和周曉宇等[18]分別數(shù)值模擬了被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)，不過，兩者在數(shù)值模擬時(shí)均未設(shè)置減壓環(huán)，前者通過適當(dāng)降低系統(tǒng)抗沖擊能量來考慮減壓環(huán)的影響，而后者直接忽略。

綜合來看，目前的研究成果大部分著眼于被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)足尺試驗(yàn)和簡(jiǎn)化模型下數(shù)值模擬的整體性能研究，而對(duì)減壓環(huán)自身耗能性能的分析及減壓環(huán)對(duì)被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的耗能性能影響的相關(guān)研究并不多見。然而，由于減壓環(huán)是被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)中重要的耗能構(gòu)件之一，亟待研究減壓環(huán)所起到的耗能作用。鑒于減壓環(huán)耗能性能的復(fù)雜性及其幾何參數(shù)影響的不確定性，擬采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值模擬，通過對(duì)比含有減壓環(huán)及不含減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)在落石沖擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)，研究減壓環(huán)所起到的耗能及緩沖作用，分析減壓環(huán)對(duì)被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)耗能的作用和特點(diǎn)，為減壓環(huán)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)及工程應(yīng)用提供參考。

1　基本原理

在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)體系中，系統(tǒng)的柔性主要來自于金屬網(wǎng)和減壓環(huán)，可以通過優(yōu)化各單元組件的尺寸和連接以達(dá)到系統(tǒng)的柔性匹配，通過合理的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)具有足夠的強(qiáng)度和柔性[19]。當(dāng)落石沖擊被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)的傳力途徑可以分成3個(gè)階段：第一階段，沖擊力通過金屬網(wǎng)的柔性得以消散，系統(tǒng)由初始平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)換為繃緊狀態(tài)，并將剩余荷載從沖擊點(diǎn)向繩網(wǎng)系統(tǒng)周邊逐級(jí)傳遞；第二階段，富余的作用力傳遞至邊沿的支撐繩，并拉動(dòng)支撐繩沿著鋼柱端部的鞍座滑動(dòng)，沖擊變形及支撐繩中產(chǎn)生的拉力進(jìn)一步加大，當(dāng)作用力超過減壓環(huán)的啟動(dòng)力閾值時(shí)，支撐繩上減壓環(huán)啟動(dòng)，開始耗散沖擊能量；第三階段，隨著沖擊作用進(jìn)一步加大，支撐繩進(jìn)一步滑動(dòng)，金屬網(wǎng)變形更加明顯，支撐繩傳遞給鋼柱的豎向力分量急劇增大，并啟動(dòng)拉錨繩減壓環(huán)，支撐鋼柱隨之產(chǎn)生下擺，系統(tǒng)再次獲得新的耗能能力，最終傳到錨固基巖和地層。

可見，被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)在落石沖擊過程中主要通過各構(gòu)件的變形能力耗散落石能量，其中減壓環(huán)是最重要的耗能構(gòu)件之一，由于減壓環(huán)具有很高的強(qiáng)度和彈性內(nèi)能吸收能力，當(dāng)落石能量較大時(shí)，減壓環(huán)可以通過啟動(dòng)位移吸收落石能量。

2　落石沖擊被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的數(shù)值模擬

2.1問題描述

以目前國(guó)內(nèi)常用的RX-025型被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)為研究對(duì)象，該防護(hù)網(wǎng)由四川奧思特公司生產(chǎn)，其設(shè)計(jì)防護(hù)能級(jí)為250 kJ。取該防護(hù)網(wǎng)的3跨進(jìn)行計(jì)算分析，每跨的跨度為10 m，高度為5 m。鋼絲繩網(wǎng)的型號(hào)為DO/08/250；雙絞六邊形網(wǎng)由2股φ3 mm的鋼絲盤結(jié)形成，鋪設(shè)在鋼絲繩網(wǎng)上；支撐繩的直徑為17 mm；上拉錨繩的直徑為16 mm；側(cè)拉錨繩和中間加固拉錨繩的直徑為12 mm。鋼柱截面為工字形截面，尺寸為200 mm×102 mm×9 mm×11.4 mm。減壓環(huán)分別布置在上支撐繩以及上拉錨繩中。被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)立面及平面布置如圖3、圖4所示。

圖3　被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)立面(單位：mm)

圖4　被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)平面(單位：mm)

2.2材料參數(shù)

數(shù)值計(jì)算分析中對(duì)鋼絲繩采用塑性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，材料力學(xué)性能參數(shù)見表1[20]。由于鋼柱及鋼絲繩采用的都是金屬材料，并且承受動(dòng)力荷載的作用，在這個(gè)過程中必須合理考慮金屬材料應(yīng)變率的影響。因此，計(jì)算中采用Cowper-Symonds模型來考慮材料的塑性應(yīng)變效應(yīng)[21]，用與應(yīng)變率有關(guān)的因素表示屈服應(yīng)力

表1　鋼材的材料力學(xué)性能參數(shù)

減壓環(huán)可采用三段非線性彈簧模型[20]，其力-位移關(guān)系曲線如圖5所示。因?yàn)槁涫鄬?duì)于防護(hù)網(wǎng)，其變形遠(yuǎn)小于防護(hù)網(wǎng)的變形，所以，假定落石為剛體，其密度為2.5 g/cm3。

圖5　減壓環(huán)的力-位移關(guān)系曲線

2.3計(jì)算模型

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料和尺寸建立的有限元模型如圖6所示。此外，建立一種不考慮減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)有限元模型，即去掉減壓環(huán)布置處的單元并替換成相應(yīng)的拉錨繩或支撐繩單元。

圖6　被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)有限元模型

鋼絲繩網(wǎng)、拉錨繩和支撐繩采用link160單元模擬，因本文研究對(duì)象必須考慮材料的塑性行為及失效情況。減壓環(huán)采用combi165單元，通過圖5中的3段非線性彈簧模型來模擬其大變形。鋼柱采用beam161單元，以考慮彎矩影響及有限的橫向切應(yīng)變。落石采用solid164單元。對(duì)于落石的每種沖擊情況，均設(shè)置一個(gè)動(dòng)態(tài)顯示分析步。仿真過程中設(shè)置的求解時(shí)間為1.0s，計(jì)算結(jié)果文件輸出步數(shù)和時(shí)間歷程文件輸出步數(shù)均為200。對(duì)模型的拉錨繩以及鋼柱約束其與地面接觸部位的所有自由度。采用LS-DYNA動(dòng)力求解器，落石與金屬網(wǎng)的接觸設(shè)為自動(dòng)單面接觸，動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)均為0.8[22]；阻尼采用Rayleigh阻尼模型，通過計(jì)算結(jié)構(gòu)的前兩階自振頻率可以求得阻尼系數(shù)[23]。經(jīng)ANSYS模態(tài)計(jì)算，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量阻尼以及剛度阻尼分別為0.92和0.002。

假設(shè)落石為半徑等于0.8 m的球體。先假定落石正碰于被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)中心處，因文中所用防護(hù)網(wǎng)類型為國(guó)內(nèi)常用的RX-025型，其設(shè)計(jì)防護(hù)能級(jí)為250 kJ，故通過改變落石初速度的辦法研究落石分別以100，150，200 kJ動(dòng)能沖擊有減壓環(huán)及無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)。

另外，再選取另一典型的沖擊位置(防護(hù)網(wǎng)邊跨中心處)，研究2種不同沖擊位置下有減壓環(huán)及無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)所能承受的最大落石沖擊能量，以落石穿透鋼絲繩網(wǎng)或拉錨繩、支撐繩、鋼柱單元失效作為防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)失效的判定條件。由于整個(gè)沖擊過程短暫，忽略空氣阻力和重力的作用，并定義沖擊作用時(shí)間即落石與環(huán)形網(wǎng)開始接觸到速度為0所經(jīng)歷的時(shí)間。

3　模擬結(jié)果分析

3.1落石沖擊防護(hù)網(wǎng)中心響應(yīng)分析

不同能量的落石沖擊下，被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的沖擊力隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖7～圖9所示?？梢钥闯?，有減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的沖擊作用時(shí)間均要長(zhǎng)于無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)。此外，表2、表3分別給出了不同能量下兩種防護(hù)網(wǎng)的最大沖擊力以及垂直變形距離，從表中可以看出，有減壓環(huán)的防護(hù)網(wǎng)的最大沖擊力明顯低于無減壓環(huán)的防護(hù)網(wǎng)最大沖擊力，同時(shí)有減壓環(huán)的防護(hù)網(wǎng)的垂直變形距離大于無減壓環(huán)的防護(hù)網(wǎng)的垂直變形距離?？梢?，減壓環(huán)的存在，增強(qiáng)了被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的柔性，延長(zhǎng)了沖擊作用時(shí)間，并使得落石沖擊力顯著降低。

圖7　100 kJ時(shí)防護(hù)網(wǎng)沖擊力與時(shí)間的關(guān)系

圖8　150 kJ時(shí)防護(hù)網(wǎng)沖擊力與時(shí)間的關(guān)系

圖9　200 kJ時(shí)防護(hù)網(wǎng)沖擊力與時(shí)間的關(guān)系

圖10、圖11給出了不同沖擊能量下上拉錨繩以及支撐繩的最大拉應(yīng)力變化曲線。從圖中可以看出，無論是上拉錨繩還是支撐繩，當(dāng)考慮到減壓環(huán)的作用時(shí)，其拉應(yīng)力均顯著小于不考慮減壓環(huán)作用時(shí)的拉應(yīng)力。此外，當(dāng)落石的能量為200 kJ時(shí)，無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)支撐繩上的拉應(yīng)力為1 700 MPa，非常接近于鋼絲繩的屈服應(yīng)力，而有減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)其上拉錨繩以及支撐繩拉應(yīng)力隨落石能量增長(zhǎng)的趨勢(shì)越來越緩慢?？梢?，在沖擊能量較大時(shí)減壓環(huán)起到了較好的控制效果，降低了作用部位上的拉力，從而使其名副其實(shí)地成為了減“壓”環(huán)。

表2　防護(hù)網(wǎng)的最大沖擊力　kN

表3　防護(hù)網(wǎng)的垂直變形距離　m

圖10　上拉錨繩最大拉應(yīng)力變化曲線

圖11　支撐繩最大拉應(yīng)力變化曲線

表4給出了減壓環(huán)的平均荷載以及減壓環(huán)總共吸收的能量情況。從表4可知，隨著落石能量的增加，減壓環(huán)的平均荷載也逐漸增加，且均超過了試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的減壓環(huán)的啟動(dòng)荷載。另外，減壓環(huán)吸收的能量均在16%～17%，體現(xiàn)出了減壓環(huán)在落石沖擊被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)過程中良好的耗能作用。

表4　減壓環(huán)的平均荷載及總吸收能量

3.2落石沖擊防護(hù)網(wǎng)中心時(shí)構(gòu)件能量分配

被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)在碰撞過程中，構(gòu)件的內(nèi)能會(huì)發(fā)生變化，從而間接反映出構(gòu)件吸收能量的能力及傳力途徑。故選取落石以200 kJ的動(dòng)能沖擊防護(hù)網(wǎng)的中心時(shí)，兩種類型防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件內(nèi)能的時(shí)程曲線進(jìn)行研究，如圖12所示。因其具備典型性，可作為代表類推落石沖擊邊跨中心情況。

圖12　200 kJ時(shí)落石沖擊中心各構(gòu)件能量分配

當(dāng)防護(hù)網(wǎng)中不考慮減壓環(huán)作用時(shí)，如圖12(a)所示。落石接觸鋼絲繩網(wǎng)之后，能量迅速通過鋼絲繩網(wǎng)擴(kuò)散到支撐繩和拉錨繩中，而傳遞到鋼柱上的時(shí)間要明顯滯后一些，表現(xiàn)出支撐繩和拉錨繩的內(nèi)能迅速增大。在整個(gè)過程中，拉錨繩吸收的能量最多，占到了總能量40%左右，其次依次是鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩及鋼柱；當(dāng)防護(hù)網(wǎng)中考慮減壓環(huán)作用時(shí)，如圖12(b)所示。各部件吸能的響應(yīng)速率要快一些，并且減壓環(huán)成為主要的吸能構(gòu)件，其吸收的能量占到了總能量的40%～50%，與此同時(shí)，支撐繩與拉錨繩的吸能顯著減小，而鋼柱在這兩種情況下吸收能量相差并不大，穩(wěn)定在30 kJ左右?？梢?，在含有減壓環(huán)的防護(hù)網(wǎng)中，減壓環(huán)承擔(dān)了相當(dāng)大一部分的耗能，并且使得與之連接的拉錨繩、支撐繩耗能顯著降低。

3.3被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)最大耗能分析

兩種不同沖擊位置下，被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)所能吸收的最大能量以及破壞情況如表5所示。

表5　防護(hù)網(wǎng)最大吸收能量及破壞情況

比較可知：不同沖擊位置下有減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)所吸收的能量相差不大，并且均明顯大于無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)所吸收的能量，兩種沖擊位置下的吸收的能量分別提高了31.9%和39.0%。此外，從破壞情況中可以看出，含減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的破壞多為鋼絲繩網(wǎng)的破壞，不含減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)因支撐繩或拉錨繩上應(yīng)力過大而破壞。這說明，減壓環(huán)可以改善作用部位的性能，并使其在不同沖擊位置作用下均可提高被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的最大吸收能量。

在落石作用下被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)足尺結(jié)構(gòu)模型的沖擊試驗(yàn)中[16]，兩個(gè)落石分別沖擊防護(hù)網(wǎng)同一位置，同一個(gè)減壓環(huán)的變形情況如圖13所示。從減壓環(huán)的實(shí)際變形圖可以看出，減壓環(huán)在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的耗能過程中起著一定的作用，但是文中沒有對(duì)減壓環(huán)的耗能情況進(jìn)行量化分析。

圖13　落石先后兩次沖擊被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)足尺結(jié)構(gòu)后減壓環(huán)變形

通過試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算對(duì)GS—8000型減壓環(huán)的耗能情況進(jìn)行研究[24]，得出減壓環(huán)的變形特點(diǎn)。通過試驗(yàn)裝置對(duì)減壓環(huán)進(jìn)行張拉，得到單個(gè)減壓環(huán)構(gòu)件的耗能試驗(yàn)數(shù)值如表6所示。可看出：由于減壓環(huán)的自身結(jié)構(gòu)特性，其能夠吸收一定的能量[25]。但是文獻(xiàn)[24]中沒有對(duì)減壓環(huán)在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的情況進(jìn)行分析。

表6　減壓環(huán)啟動(dòng)荷載及吸收能量

通過本文的仿真計(jì)算，并且結(jié)合文獻(xiàn)[16]和文獻(xiàn)[24]，可知，由于減壓環(huán)的大變形特性，在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要的耗能作用。

4　結(jié)論

以工程中實(shí)際的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)為研究對(duì)象，通過有限元方法對(duì)比分析了有減壓環(huán)和無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)在落石沖擊作用下的響應(yīng)，結(jié)論如下。

(1)減壓環(huán)可以增強(qiáng)被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的柔性，延長(zhǎng)落石沖擊作用時(shí)間并降低落石沖擊力，起到良好的緩沖效果。

(2)減壓環(huán)顯著降低了作用部位(上拉錨繩、支撐繩)上的拉力，且自身能起到一定的耗能作用。

(3)與無減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)相比，有減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)所能吸收的能量顯著地提高。因此，在被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)的耗能和受力研究和應(yīng)用中，減壓環(huán)起著不容忽視的作用。

含減壓環(huán)的被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)在落石沖擊作用下的數(shù)值研究，為完善被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)落石沖擊荷載設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方案提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。在邊界條件和材料性能確定的前提下，可部分代替整體防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的足尺試驗(yàn)。

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Study on the Ring-brake Energy Dissipater in Passive Flexible Protection

LIU Cheng-qing1， TIAN Shuai1， CHEN Chi1，2， HE Guang-jie1， ZHAO Bi-da3

(1.School of Civil Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031，China;2.China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， Ltd.， Wuhan 430063，China;3.College of Building Engineering， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310014， China)

Based on the complexity of the falling rock protection barriers and the efficiency to study different system parameters， the numerical method is becoming an important method to explore the dynamic mechanical response of the passive flexible protection system. To study the energy dissipation and buffer action of the ring-brake energy dissipater in the passive flexible protection against rockfall， an actual passive flexible protection prototype is employed to establish two finite element models for flexible protection system with and without ring-brake energy dissipater. Based on ANSYS/LS-DYNA， the dynamic response of the two finite element models with different impact energy and impact position is analyzed. The results show that the ring-brake energy dissipater can enhance the flexibility of the passive flexible protection and improve the performance of the site of action， while the energy dissipation capacity of the passive flexible protection is also significantly improved. Meanwhile， the comparative analysis of the numerical results provides

for the coming experiment design to calibrate the numerical model and identify the governing characteristics of the components．

Traffic engineering; Passive flexible protection system; Finite element method; Ring-brake energy dissipater; Energy dissipation; Impact

2015-12-18；

2016-02-05

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278428)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2682014CX066)

劉成清(1976—)，男，副教授，工學(xué)博士，主要從事工程抗震及抗沖擊研究，E-mail：lcqjd@swjtu.edu.cn。

1004-2954(2016)09-0036-06

U213.1+54

ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.09.008