基于多尺度模型的立體車(chē)庫(kù)車(chē)輛撞擊性能研究

賀擁軍 姜玉婷 周緒紅

摘? ?要：為了研究立體車(chē)庫(kù)在車(chē)輛撞擊下的性能，采用ANSYS/LS-DYNA軟件分別建立立體車(chē)庫(kù)多尺度和精細(xì)化有限元模型，對(duì)比了兩種模型的計(jì)算精度和效率，驗(yàn)證了多尺度模型的適用性.基于多尺度模型，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析，且研究了撞擊速度、撞擊質(zhì)量、撞擊位置和上部工況等參數(shù)的變化對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，進(jìn)而對(duì)撞擊力進(jìn)行了研究，并將撞擊力結(jié)果與中國(guó)規(guī)范、美國(guó)規(guī)范和歐洲規(guī)范進(jìn)行了比較.研究結(jié)果表明：車(chē)輛對(duì)立體車(chē)庫(kù)的撞擊作用具有局部性;撞擊速度和撞擊質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)影響較大，撞擊位置與上部工況對(duì)其影響較小;撞擊速度的變化對(duì)撞擊力的影響最為明顯，但當(dāng)撞擊作用導(dǎo)致被撞柱失效后，撞擊力峰值不再隨撞擊速度和撞擊質(zhì)量的增加而改變;針對(duì)車(chē)輛撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)，中國(guó)規(guī)范和歐洲規(guī)范中對(duì)汽車(chē)撞擊力的取值略顯不安全，而美國(guó)規(guī)范中對(duì)汽車(chē)撞擊力的取值較為安全.

關(guān)鍵詞：多尺度模型;立體車(chē)庫(kù);汽車(chē)撞擊;動(dòng)力響應(yīng);撞擊力

中圖分類(lèi)號(hào)：TU248.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674—2974（2019）01—0001—08

Abstract： To study the dynamic responses of a tridimensional parking structure subjected to vehicle impact， a multi-scale and refined finite element models of the tridimensional parking structure were established based on ANSYS/LS-DYNA finite element software. The accuracy and efficiency of these two models were compared， and the applicability of the multi-scale model was verified. Based on the multi-scale model， the dynamic responses of the tridimensional parking structures were examined， and the influences of various factors， such as the impact velocity， vehicle mass， impact position， and working condition were investigated. Additionally， the impact force was studied and compared with the allowances given in Chinese code， American code， and European code. The results indicate that the vehicle impact has a local effect on the tridimensional garage; the impact velocity and vehicle mass have a great influence on the dynamic responses of the tridimensional garage， while the impact position and working condition present no obvious effect; the impact velocity has a greater influence on the impact force. However， when the impacted column is failed， the peak value of the impact force would not change with the increase of the impact velocity and vehicle mass; for the tridimensional parking structure subjected to vehicle impact， the values of the impact force given in Chinese code and Europe code are not reliable in some cases， but the value given in American code is safe.

Key words： multi-scale model;tridimensional parking structure;vehicle impact;dynamic response;impact force

作為一種新型的停車(chē)設(shè)施，高層鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)能夠充分利用上部空間，可以有效緩解停車(chē)難的問(wèn)題[1].然而隨著國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的增加，立體車(chē)庫(kù)遭受汽車(chē)撞擊的可能性也大大增加.車(chē)輛的撞擊事故可能會(huì)造成立體車(chē)庫(kù)的整體或局部產(chǎn)生較大變形，進(jìn)而發(fā)生垮塌，其事故的出現(xiàn)會(huì)造成嚴(yán)重的后果.因此，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在車(chē)輛撞擊作用下進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)研究是十分必要的.

目前，對(duì)立體車(chē)庫(kù)的研究主要集中在靜力及抗震性能方面[2-4].在研究撞擊方面，車(chē)輛撞擊的研究主要集中在撞擊防撞護(hù)欄和單根柱上[5-9].目前，國(guó)內(nèi)外大多使用ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)結(jié)構(gòu)的受撞擊性能進(jìn)行研究[5-6].余敏[10]將汽車(chē)撞擊不同類(lèi)型柱子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與軟件的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了ANSYS/LS-DYNA軟件的有效性與合理性.本文運(yùn)用該軟件，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在車(chē)輛撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行深入研究.

本文以垂直升降式鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)為研究對(duì)象.首先，對(duì)立體車(chē)庫(kù)進(jìn)行多尺度和精細(xì)化建模，并將兩種模型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證多尺度模型的適用性.隨后，基于多尺度模型對(duì)立體車(chē)庫(kù)在撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究，對(duì)影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的因素進(jìn)行了參數(shù)化分析.進(jìn)而對(duì)撞擊力進(jìn)行了研究，并將撞擊力結(jié)果與各國(guó)規(guī)范進(jìn)行了比較.

1? ?模型簡(jiǎn)介

1.1? ?結(jié)構(gòu)算例

本文選用15層垂直升降式鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)作為研究對(duì)象，不同于一般的鋼結(jié)構(gòu)房屋，立體車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部沒(méi)有樓板.其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.車(chē)庫(kù)左右兩側(cè)停車(chē)區(qū)域的開(kāi)間尺寸L1 = 2 400 mm，中間提升井的開(kāi)間尺寸L2 = 3 000 mm，車(chē)輛進(jìn)出方向的跨度尺寸L3 = 6 000 mm.車(chē)庫(kù)底層層高2 500 mm，其余上部層高均為2 200 mm.梁、柱均采用H型鋼，其截面尺寸分別為H150 × 100 × 6 × 9和H200 ×200 × 8 × 12;支撐采用截面尺寸為Φ100 × 3的圓形鋼管.鋼梁與柱之間為剛接，支撐與梁柱之間為鉸接.結(jié)構(gòu)平面內(nèi)沒(méi)有樓板，故將豎向荷載簡(jiǎn)化為集中質(zhì)量分布在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上.立體車(chē)庫(kù)的上部荷載主要以提升的車(chē)重（2 t）為主，考慮到幕墻及提升設(shè)備的質(zhì)量，因此在角柱及中柱節(jié)點(diǎn)上添加0.8 t的集中質(zhì)量來(lái)考慮荷載效應(yīng)[3]，且在未特別說(shuō)明上部工況時(shí)，均采用上部荷載滿(mǎn)布的布置方式.

1.2? ?立體車(chē)庫(kù)材料模型

高層鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)梁、柱的鋼材均使用塑性隨動(dòng)模型（*MAT_PLACTIC_KINEMATIC），并采用Cowper-Symonds模型考慮材料的應(yīng)變率效應(yīng).支撐采用彈性材料（*MAT_ELASTIC），具體材料參數(shù)取值見(jiàn)表1[11-12].

1.3? ?立體車(chē)庫(kù)精細(xì)化與多尺度模型

建立立體車(chē)庫(kù)精細(xì)化模型時(shí)，梁、柱均采用殼單元（SHELL163）進(jìn)行模擬，支撐全部采用梁?jiǎn)卧˙EAM161）模擬，并釋放支撐與梁柱相交處的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，按照實(shí)際構(gòu)造進(jìn)行建模.由于底層為主要撞擊接觸區(qū)域，所以將底層柱單元網(wǎng)格劃分得更加細(xì)密.

建立立體車(chē)庫(kù)多尺度模型時(shí)[13-14]，由于一層和二層為撞擊區(qū)域，需要輸出塑性應(yīng)變和撞擊力等結(jié)果，故底部?jī)蓪拥牧?、柱單元均采用殼單元（SHELL163）模擬.三層及三層以上的梁、柱使用梁?jiǎn)卧˙EAM161）進(jìn)行模擬.支撐也同樣全部采用梁?jiǎn)卧M，并釋放支撐與梁柱相交處的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度.在建立多尺度模型時(shí)，宏觀單元與微觀單元的界面連接方法有很多種.當(dāng)不同種類(lèi)單元的節(jié)點(diǎn)自由度相同時(shí)，可采用共用節(jié)點(diǎn)法來(lái)實(shí)現(xiàn)不同單元的連接[15].在LS-DYNA軟件中SHELL163殼單元和BEAM161梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)均具有12個(gè)自由度，所以可利用共用節(jié)點(diǎn)法對(duì)梁?jiǎn)卧蜌卧M(jìn)行連接.具體操作是，將梁?jiǎn)卧迦氲綒卧兄辽僖粋€(gè)殼單元長(zhǎng)度，并共用節(jié)點(diǎn)[16].圖1（f）為立體車(chē)庫(kù)多尺度模型的局部圖及連接界面處的詳圖.

1.4? ?車(chē)輛模型（F800）

美國(guó)國(guó)家碰撞分析中心（NACA）著力于研究汽車(chē)碰撞試驗(yàn)，NACA提供了各種汽車(chē)模型的K文件，這些汽車(chē)模型建立在大量汽車(chē)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，具有較高的可信性.本文選用的雙軸卡車(chē)模型F800（質(zhì)量8 t）就下載自NACA網(wǎng)站.汽車(chē)的有限元模型如圖2所示.

1.5? ?接觸算法設(shè)置

在LS-DYNA中有單面接觸、點(diǎn)面接觸和面面接觸3種接觸面處理算法.本文中，汽車(chē)與立體車(chē)庫(kù)之間采用面面接觸，其中汽車(chē)定義為主接觸面，立體車(chē)庫(kù)定義為從接觸面，并考慮各自屈曲變形而發(fā)生的自身接觸，通過(guò)定義接觸形式和設(shè)置相關(guān)參數(shù)可以模擬真實(shí)的碰撞全過(guò)程.接觸面數(shù)值算法采用罰函數(shù)算法，即在每一個(gè)時(shí)間步，首先檢查各個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否穿透主面，如沒(méi)有穿透則不作任何處理.若穿透，則在該從節(jié)點(diǎn)與被穿透的主面間引入一個(gè)較大的界面接觸力，其大小與接觸剛度和貫穿量成正比.這在物理上相當(dāng)于在兩者之間放置一個(gè)法向彈簧，以限制從節(jié)點(diǎn)對(duì)主面的穿透.

2? ?多尺度模型與精細(xì)化模型對(duì)比

通過(guò)ANSYS/LS-DYNA軟件建立鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)多尺度模型和精細(xì)化模型，取質(zhì)量為8 t的F800以10 m/s的速度撞擊中柱為例，將2種模型的立體車(chē)庫(kù)在撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)和撞擊力進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證多尺度模型的精準(zhǔn)度及效率.

2.1? ?塑性應(yīng)變對(duì)比

通過(guò)后處理軟件（LS-PROPORST）對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變進(jìn)行查看可知，2種模型塑性應(yīng)變的產(chǎn)生過(guò)程基本一致.在撞擊過(guò)程中，撞擊區(qū)域與柱腳區(qū)域先出現(xiàn)塑性應(yīng)變，隨后與柱腳相連的單元達(dá)到最大的塑性應(yīng)變而失效（LS-DYNA軟件中失效的單元會(huì)被自動(dòng)刪除）.2種模型的最終塑性應(yīng)變基本相同，都集中在被撞柱的撞擊區(qū)域和柱腳區(qū)域.

2.2? ?結(jié)構(gòu)位移對(duì)比

結(jié)構(gòu)的位移可以直觀地反映出立體車(chē)庫(kù)的撞擊動(dòng)力響應(yīng).取立體車(chē)庫(kù)各層處的節(jié)點(diǎn)作為研究對(duì)象，將2種模型的位移進(jìn)行對(duì)比.圖3為2種模型的撞擊點(diǎn)位移時(shí)程曲線.圖4為2種模型的各層位移峰值曲線（曲線中第0層處的位移代表撞擊點(diǎn)的位移）.

通過(guò)對(duì)圖3和圖4進(jìn)行分析可知，2種模型的撞擊點(diǎn)位移時(shí)程曲線十分吻合，撞擊點(diǎn)的位移峰值和峰值出現(xiàn)的時(shí)間十分相似，立體車(chē)庫(kù)各層的位移峰值也較為一致.所以2種模型的位移響應(yīng)較為吻合.

2.3? ?撞擊力對(duì)比

圖5為車(chē)輛撞擊下2種模型的撞擊力時(shí)程曲線.對(duì)比撞擊力時(shí)程曲線可知，2種模型的撞擊力峰值大小與曲線趨勢(shì)都十分相似，所以吻合度很高.

2.4? ?計(jì)算效率對(duì)比

立體車(chē)庫(kù)精細(xì)化模型單元數(shù)為72 164，多尺度模型單元數(shù)為13 048.多尺度模型的計(jì)算量明顯小于精細(xì)化模型，而2種模型的塑性應(yīng)變、結(jié)構(gòu)位移、撞擊力都十分吻合.所以認(rèn)為，多尺度模型在提升計(jì)算效率的同時(shí)可以滿(mǎn)足精確度的要求.所以，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行深入分析時(shí)，均使用多尺度模型.

3? ?立體車(chē)庫(kù)的動(dòng)力響應(yīng)分析

對(duì)立體車(chē)庫(kù)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化分析，將影響動(dòng)力響應(yīng)的各種因素進(jìn)行逐一考慮，包括撞擊速度、撞擊質(zhì)量、撞擊位置和上部工況.

3.1? ?撞擊速度

質(zhì)量為8 t的F800分別在5 m/s、10 m/s、15 m/s和20 m/s的速度下撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在不同撞擊速度下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析.

3.1.1? ?塑性應(yīng)變及破壞形態(tài)

對(duì)不同撞擊速度下的立體車(chē)庫(kù)塑性應(yīng)變進(jìn)行分析可知，結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)主要分為2種.

在5 m/s的撞擊速度作用下，立體車(chē)庫(kù)僅在被撞柱上出現(xiàn)了塑性應(yīng)變，但均未達(dá)到失效破壞，結(jié)構(gòu)的最終塑性應(yīng)變?nèi)鐖D6（a）所示;當(dāng)撞擊速度為10 m/s時(shí)，立體車(chē)庫(kù)被撞柱腹板的部分單元失效，其余構(gòu)件均沒(méi)有產(chǎn)生塑性應(yīng)變，結(jié)構(gòu)的最終塑性應(yīng)變?nèi)鐖D6（b）所示.所以可認(rèn)為當(dāng)撞擊速度較小時(shí)，結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)為被撞柱的局部破壞.

在15 m/s的撞擊速度作用下，被撞柱柱腳區(qū)域的單元全部失效，導(dǎo)致被撞柱與地面分離而喪失承載能力，結(jié)構(gòu)的最終塑性應(yīng)變?nèi)鐖D6（c）所示;當(dāng)撞擊速度為20 m/s時(shí)，由于速度較大，被撞柱完全失效后，車(chē)輛繼續(xù)向前移動(dòng)，車(chē)廂繼續(xù)撞擊結(jié)構(gòu)，從而造成了更嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形，結(jié)構(gòu)的最終塑性應(yīng)變?nèi)鐖D6（d）所示.所以可認(rèn)為當(dāng)撞擊速度較大時(shí)，結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)為被撞柱的整體破壞.兩種破壞形態(tài)下，塑性應(yīng)變的產(chǎn)生過(guò)程十分相似，但高速撞擊作用對(duì)結(jié)構(gòu)造成的塑性應(yīng)變遠(yuǎn)大于低速撞擊作用.

立體車(chē)庫(kù)在汽車(chē)撞擊作用下產(chǎn)生的塑性應(yīng)變主要集中于被撞柱的撞擊區(qū)域、柱腳和柱頂區(qū)域，其余構(gòu)件的變形非常小.這是由于撞擊作用時(shí)間極短，結(jié)構(gòu)不能及時(shí)將能量傳播耗散.所以直接承受撞擊作用的構(gòu)件塑性應(yīng)變會(huì)突增甚至達(dá)到極限，從而造成損壞，但與撞擊作用無(wú)直接關(guān)聯(lián)的構(gòu)件變形很小，所以撞擊作用具有局部性.

3.1.2? ?位移分析

為了對(duì)比立體車(chē)庫(kù)在不同撞擊速度下的動(dòng)力響應(yīng)，故選取立體車(chē)庫(kù)上各樓層處的節(jié)點(diǎn)作為研究對(duì)象，從節(jié)點(diǎn)的位移變化來(lái)反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，第0層處的位移代表撞擊點(diǎn)的位移.圖7為4種撞擊速度作用下各層位移峰值曲線.通過(guò)分析可知，當(dāng)撞擊速度一定時(shí)，結(jié)構(gòu)撞擊點(diǎn)處的位移峰值是最大的，各層的位移峰值大小隨著層數(shù)的增加呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律.且撞擊速度越大，各層的位移峰值也隨之增大，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)也就越大.

3.2? ?撞擊質(zhì)量

通過(guò)改變F800的貨物密度，可以對(duì)車(chē)質(zhì)量進(jìn)行控制.分別取質(zhì)量為6 t、8 t、10 t、12 t和16 t的汽車(chē)，以10 m/s的速度撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)，對(duì)立體車(chē)庫(kù)在不同撞擊質(zhì)量下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析.

3.2.1? ?塑性應(yīng)變及破壞形態(tài)

分別在6 t、8 t和10 t的撞擊質(zhì)量作用下，在被撞柱上只有部分腹板單元在柱腳區(qū)域達(dá)到失效;在12 t和16 t的撞擊質(zhì)量作用下，被撞柱的部分腹板和翼緣單元在柱腳區(qū)域均有失效，但仍能繼續(xù)承擔(dān)上部荷載.撞擊作用對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞隨著車(chē)質(zhì)量的增加而增加，但破壞增加的程度并不明顯，結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)均為被撞柱的局部破壞.

3.2.2? ?位移分析

圖8為不同撞擊質(zhì)量作用下各層的位移峰值曲線.通過(guò)分析可知，在5種撞擊質(zhì)量作用下，結(jié)構(gòu)各層的位移峰值曲線的趨勢(shì)相似.各層的位移峰值均隨撞擊質(zhì)量的增加而增加，這說(shuō)明撞擊質(zhì)量越大，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)越大.

3.3? ?撞擊位置

將車(chē)輛分別撞擊角柱和中柱的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析.取質(zhì)量為8 t的F800，以15 m/s的速度分別撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)的角柱和中柱.

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變進(jìn)行查看可知，撞擊角柱和中柱時(shí)，立體車(chē)庫(kù)的塑性應(yīng)變產(chǎn)生過(guò)程基本一致，最終的塑性損傷也十分相似.故撞擊位置的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變影響很小.圖9為不同撞擊位置作用下的各層位移峰值曲線.通過(guò)分析可知，在2種不同撞擊位置作用下，撞擊點(diǎn)的位移峰值相近，且峰值出現(xiàn)時(shí)間較為一致，說(shuō)明結(jié)構(gòu)吸收的能量相近.但撞擊角柱時(shí)其下部樓層的位移峰值比撞擊中柱時(shí)小，這是由于撞擊位置的周?chē)s束不同而產(chǎn)生差別.撞擊角柱時(shí)，其撞擊方向上有支撐的約束作用，故其下部樓層的位移較小.

通過(guò)分析可知，撞擊位置的改變對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響不是很大，但撞擊中柱時(shí)，結(jié)構(gòu)的下部樓層要相對(duì)薄弱一些.故在考慮影響立體車(chē)庫(kù)動(dòng)力響應(yīng)的其他因素時(shí)，撞擊位置統(tǒng)一取為立體車(chē)庫(kù)中柱.

3.4? ?上部工況

取質(zhì)量為8 t的F800，以15 m/s的速度分別撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù).分別取全滿(mǎn)布、右側(cè)滿(mǎn)布和上端滿(mǎn)布3種工況，對(duì)比不同工況作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng).結(jié)構(gòu)全滿(mǎn)布的工況為：每層的8個(gè)柱節(jié)點(diǎn)處均施加0.8 t的豎向集中質(zhì)量.右邊滿(mǎn)布的工況為：每層的右側(cè)4個(gè)柱節(jié)點(diǎn)處施加0.8 t的豎向集中質(zhì)量.上端滿(mǎn)布的工況為：1 ～ 7層空載，8 ～ 15層滿(mǎn)載.

通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變可知，3種工況下結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變產(chǎn)生過(guò)程基本一致，最終的塑性損傷基本相同.故工況的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的塑性應(yīng)變影響很小.圖10為不同工況作用下各層位移峰值曲線.通過(guò)分析可知，3種工況下各層的位移峰值均相差很小，因此上部工況的變化對(duì)結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)影響較小，可以忽略.所以在考慮影響立體車(chē)庫(kù)動(dòng)力響應(yīng)的其他因素時(shí)，將上部工況統(tǒng)一取為全滿(mǎn)布形式.

4? ?撞擊力分析

在進(jìn)行汽車(chē)碰撞試驗(yàn)和仿真的數(shù)據(jù)處理時(shí)，為了消除高頻噪聲，需要對(duì)得到的撞擊力結(jié)果進(jìn)行濾波處理[17]，SAE—J211碰撞標(biāo)準(zhǔn)[18]中已給出相關(guān)的規(guī)定，所以通過(guò)ANSYS/LS-DYNA軟件得到的撞擊力結(jié)果，采用CFC60進(jìn)行濾波處理.表2歸納了不同撞擊速度和質(zhì)量作用下的撞擊力峰值.此處的撞擊力峰值即為車(chē)輛在撞擊立體車(chē)庫(kù)過(guò)程中產(chǎn)生的界面接觸力最大值.

通過(guò)對(duì)表2進(jìn)行分析可知，影響撞擊力的因素有撞擊速度和撞擊質(zhì)量.從撞擊力峰值增加的幅度上可知，撞擊速度的改變對(duì)撞擊力的影響較大.當(dāng)撞擊速度分別為5 m/s和10 m/s時(shí)，撞擊力峰值隨著撞擊速度和撞擊質(zhì)量的增加而增加.當(dāng)速度分別為15 m/s和20 m/s時(shí)，無(wú)論是增加撞擊速度還是質(zhì)量，撞擊力峰值幾乎不變.所以可認(rèn)為當(dāng)汽車(chē)的撞擊作用造成被撞柱破壞失效后，撞擊力峰值不再隨著撞擊速度和質(zhì)量的增加而變化.

4.1? ?撞擊力結(jié)果與各國(guó)規(guī)范對(duì)比

目前，還沒(méi)有規(guī)范對(duì)汽車(chē)撞擊立體車(chē)庫(kù)的撞擊力作出相關(guān)規(guī)定，所以將撞擊力結(jié)果與現(xiàn)有規(guī)范對(duì)汽車(chē)撞擊力的規(guī)定進(jìn)行對(duì)比.中國(guó)的《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[19]和《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》[20]，歐洲BS EN1991-1-7規(guī)范[21]以及美國(guó)AASHTO LRFD規(guī)范[22]中都給出了汽車(chē)碰撞的撞擊力取值，見(jiàn)表3.

當(dāng)汽車(chē)速度分別為5 m/s和10 m/s時(shí)，4種規(guī)范中的汽車(chē)撞擊力取值都較為安全.當(dāng)汽車(chē)速度分別增加到15 m/s和20 m/s時(shí)，撞擊力峰值達(dá)到1 090 kN左右，顯然大于中國(guó)規(guī)范和歐洲規(guī)范對(duì)汽車(chē)撞擊力的取值，故這2種規(guī)范中撞擊力的取值略顯不安全，而美國(guó)規(guī)范中撞擊力的取值較為安全.

5? ?結(jié)? ?論

通過(guò)ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)多尺度模型與精細(xì)化模型，對(duì)2種模型在撞擊作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及撞擊力進(jìn)行了對(duì)比.分析了撞擊速度、撞擊質(zhì)量、撞擊位置和上部工況4種因素對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，并對(duì)撞擊力的結(jié)果進(jìn)行歸納分析，主要結(jié)論為：

1）多尺度模型可以達(dá)到模擬的精確度要求，并且能夠大幅度提高計(jì)算效率.

2）車(chē)輛對(duì)立體車(chē)庫(kù)的撞擊作用具有局部性，撞擊的塑性損傷主要集中于被撞柱的撞擊區(qū)域、柱腳和柱頂區(qū)域，對(duì)與被撞柱無(wú)直接關(guān)聯(lián)的構(gòu)件影響很小.

3）撞擊速度和撞擊質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影

響較大，撞擊位置與上部工況對(duì)其影響較小.撞擊速度和撞擊質(zhì)量越大，車(chē)庫(kù)的動(dòng)力響應(yīng)越大.

4）撞擊速度的變化對(duì)撞擊力的影響最為明顯，且速度越大，撞擊力峰值越大.但當(dāng)撞擊作用導(dǎo)致被撞柱失效后，撞擊力峰值不再隨撞擊速度和撞擊質(zhì)量的增加而改變.

5）將撞擊力結(jié)果與4種現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為在汽車(chē)撞擊鋼結(jié)構(gòu)立體車(chē)庫(kù)時(shí)，中國(guó)規(guī)范和歐洲規(guī)范中對(duì)汽車(chē)撞擊力的取值略顯不安全，而美國(guó)規(guī)范中對(duì)汽車(chē)撞擊力的取值較為安全.

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