山区公路桥梁多灾害联合作用数值模拟

摘要

山区公路桥梁长期遭受冲刷及磨蚀等水文灾害，期间可能同时伴随崩塌落石等地质灾害的作用.为探明多灾害作用下山区公路桥梁的结构响应及损伤机理，从流固耦合的角度出发，针对冲刷及磨蚀的数据传递推导相应的插值算法，并结合生死单元功能，构建基于Delaunay三角剖分及特征点协同插值的山区公路桥梁多灾害联合作用数值仿真方法．首先，针对冲刷数据，基于三角形内部插值理论构建冲刷数据传递方程．其次，针对磨蚀/波流力数据，基于三维表面Delaunay三角剖分及三角形外部插值理论补充推导数据传递方程，再利用特征点协同插值算法计算结构域目标单元总结果．最后，基于生死单元功能，在结构域中考虑冲刷坑及桩基磨蚀形态，构建冲刷及磨蚀条件下落石冲击山区公路桥梁墩柱数值模型.结果表明：所采用的针对冲刷及磨蚀模型数据的插值方法精度较高；在不同的冲击速度、冲击角度及落石质量工况下，与无冲刷磨蚀相比，冲刷、冲刷磨蚀条件下桥墩冲击力峰值的相对变化呈现非线性特征，此外，在冲刷条件下，桩基磨蚀对冲击力峰值亦产生非线性影响；随着冲击速度及落石质量的增大，各条件下冲击点位移峰值均变大，且位移峰值从大到小均依次为冲刷、冲刷磨蚀和无冲刷磨蚀，同时在各冲击速度、冲击角度及落石质量工况下，磨蚀引起的位移峰值最大降幅分别约为2%、11%及4%.

关键词

多灾害 / 三角剖分 / 协同插值 / 生死单元 / 数值模型

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52378135,52022021,51978160)