桥墩车撞安全性评价方法研究

桥墩车撞安全性评价方法研究

鹿士琳1

1. 重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074；

摘要：本文在研究车撞桥梁的文献后，阐述了车辆撞击桥墩研究现状，指出了现行的研究不足和接下来的研究发展方向。车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤进行准确的评价需要进一步的探索，建立风险源分析方法快速对车桥碰撞事件做出评价很有必要。

桥墩在其设计使用周期中遭受车辆或偶然或恶意的撞击概率很小，但是一旦发生车撞事件就可能造成巨大的人员伤亡和恶劣的社会影响，尤其随着公路里程、机动车数量及其运载能力的大幅增加，车辆撞击桥墩事故有逐渐增多的趋势，近年来国内外的车撞桥墩事故时有发生。由于车辆碰撞试验成本较高，目前仅有少量的大型车辆与柱类构件的实车碰撞试验[1]。部分研究学者采用简化的缩尺模型或等效车辆模型进行试验研究[2]。大多数研究者主要采用有限元方法对车辆与桥墩的碰撞问题进行研究。例如，文献[3-4]对车辆撞击桥墩的动力响应等方面进行了探讨。总的来说，目前车撞桥墩的研究更多关注车撞桥墩行为本身，对车撞之后对桥梁的损伤情况及其安全性评价的研究所涉不多。

与常规荷载、风荷载与地震荷载等荷载形式所引起的结构变形相比较，车辆冲击作用下结构的损伤具有其特殊性，不能简单的套用上述荷载所造成的破坏评价方法，而车撞冲击破坏本身的评价规范中并无记载，这也给桥梁车撞的安全性评价方法的研究设置了一些难度。

桥梁车撞安全性的评价方法分为两个方面，一方面是定量研究，王娟[5]根据Sharma等[6]对车辆撞击桥墩划分的３个损伤等级（完好无损或轻度损伤、中度损伤、严重损伤和倒塌）在进行大量有限元数值模拟分析后根据直接接触车辆的桥墩的最大水平位移和桥梁下部结构的混凝土塑性应变能得到可以实施的衡量指标。定量研究需对车桥碰撞本身进行大量研究后才能得出根据经验的赋值，且不易证明，研究成本较高。另一方面是采用定性研究，将车撞桥梁的事件进行定性分析，将事件中风险源一一列举并赋予权重系数，采用层次模糊风险分析方法对车桥环境和车撞后桥梁承载能力进行评价。定性研究因为不同风险源在车撞桥事件中所造影响难以界定，困难在识别出风险后对发现的风险源权重赋值。

定性研究目前停留在理论研究阶段，尚未达到实用的程度。在现阶段，车撞桥墩事故发生后，对受撞桥墩能否继续安全使用的评估，很大程度上依赖现场对桥梁的观察与检测。这不仅耗费时间、容易造成交通拥堵，而且由于对桥墩碰撞损伤机理认识不清，不同的检测人员能岀的结论主观随意性很大。如何根据已知的桥墩形式、车辆类型、车载重大小、撞时的角度等容易获得的信息对桥梁的损伤程度进行快速合理评价，是一个亟需解决的问题。

参考文献：

[1]BUTH C E, BRACKIN M S, WILLIAMS W F，et al. Collision loads on bridge piers: phase 2. report of guidelines for designing bridge piers and abutments for vehicle collisions[R]. Texas: Texas Transportation Institute Proving Ground, 2011．

[2]朱亚迪, 卢文良. 小车墩柱撞击力模型实验研究[J]. 振动与冲击, 2013, 32(21) : 182-185.

[3]EL-TAWIL S, SEVERINO E, FONSECA P. Vehicle collisionwith bridge piers[J]. Journal of Bridge Engineering, 2005, 10(3) : 345-353．

[4]刘明慧, 颜全胜. 汽车撞击桥墩作用力的比较分析[J]. 中外公路, 2010, 36(6) : 146-149.

[5]王娟, 钱江, 周德源. 城市桥梁下部结构抗重型车辆撞击的数值仿真分析[J]. 湖南大学学报(自然科学版), 2016, 43(7) : 88-95.

[6]SHARMA H, HURLEBAUS S, GARDONI P. Performancebased response evaluation of reinforced concrete columns subject to vehicle impact[J]. International Journal of Impact Engineering, 2012, 43 : 52-62.