某超高车辆撞落人行天桥事故的过程仿真与分析 —— — 何水涛 张炎圣 ,等 卢 啸
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随着我国城市规模的日益扩大 , 大量建设立 交桥梁 ,发展立体交通 ,成为缓解城市地面交通压 力的主要途径 .由于驾驶人员素质不高 , 加上监 管力度不到位 ,超高车辆与立交桥梁的碰撞事故 屡见不鲜 .2006 年 11 月 , 西南某城市 1 辆自重 约 8 t 的翻斗车由于不明原因 , 在行进过程中突 然将车斗翻起 , 造成车辆超高 , 将 1 座长达 80 余 m ,重达 100 t 的人行天桥撞落至路面 , 总水平位 移达 3～4 m .肇事车辆被坠落的天桥压在下面 , 肇事司机当场死亡 , 并导致整个环路交通堵塞 8 h ,对城市正常运行造成重大影响 . 事故发生后 ,其机理和今后的防护措施引起 了有关专业人员的关注 .简单的刚体碰撞动力学 分析表明 ,由于该车辆自重远小于桥梁重量 , 且桥 体上部结构与桥墩之间无特殊连接处理 , 同时忽 略摩擦力作用 ,则根据动量交换定律 ,碰撞后桥体 获得的水平速度约为 (假设车辆速度为 80 km/ h) :
v桥 = m车 v车 8 ×80 ≈ ≈ 1 . 778 m/ s m桥 100 ( 1)
而桥体从桥墩落下需时为 :
t =
桥体落梁后水平方向的刚体位移为 : D = v桥 t = 1 . 778 ×1 . 010 = 1 . 796 m ( 3) 故而很难如事故中将桥梁撞出 3 ～ 4 m 远 . 该事故其过程机理是否有特别之处 另一方面 , 这么重要的大型人行天桥竞如此容易被撞毁 , 桥 梁的设计和防护手段是否有待进一步改进 为了解答上述工程问题 , 并为今后城市车桥 撞击事故原因分析和桥梁防护设计提供参考 , 本
收稿日期 :2009205204 修回日期 :2009211208
3 国家自然科学基金项目 ( 批准号 :50808106) 资助
某超高车辆撞落人行天桥事故的过程仿真与分析 3
何水涛 张炎圣 卢 啸 陆新征
( 清华大学土木工程系 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室 北京 100084)
摘 要 文中对一起超高车辆撞翻人行天桥事故进行了数值仿真 ,分析其原因 ,提出了相应的防护措 施 ,并对采取防护措施后的桥梁进行撞击过程仿真以验证措施的实效性 . 关键词 车桥撞击 ; 数值模拟 ; 桥梁 ; 撞击防护
作者简介 : 何水涛 (1984) ,硕士研究生 . 研究方向 : 结构非线性分析研究 . E2mail : hst08 @mail s. t singhua. edu. cn
中图分类号 :U441 文献标志码 :A DOI :10. 3963/ j. ISSN 167424861. 2009. 06. 021
2h
g
=
2 ×5 ≈ 1 . 01 s 9. 8
( 2)
文利用高性能非线性有限元分析手段 [ 122 ] ,同时参 考了已经较为成熟的船桥碰撞问题的研究方 法 [ 325 ] ,重现了该事故过程 .并对事故的机理和未 来设计进行了讨论 .
1 有限元模型
1. 1 概述
超高车2桥碰撞试验研究代价非常高昂 ( 基本 上是车毁桥伤) , 因而到目前为止 , 有关文献中撞 击试验数量极少 [ 1 ] .而基于计算机模拟的有限元 分析技术 ,则具有便捷 , , 安全 易于重复 , 可对不同 参数进行单个分析的优点 .特别是随着汽车碰撞 安全研究的进步 , 高性能非线性有限元碰撞模拟 技术已经相当成熟 ,这为实现车2桥撞击模拟奠定 了良好的基础 . 1. 2 天桥有限元模型 事故天桥主体结构高度为 5 m , 4 m , 横跨 宽 8 条车道 ,总长度为 80 m ,为钢箱型连续梁结构 , 桥面上部为 1 层混凝土面板 .基于实际桥梁 , 建 立非线性有限元分析模型 , 混凝土面板划分成六 面体实体单元 (通用有限元程序 MSC. Marc 中的 7 号单元) ,其受压本构关系采用了基于 von Mises 屈 服准则的弹塑性本构模型 , 受拉采用基于最大拉 应力准则的弥散裂缝模型 .钢箱梁划分成壳单 元 ,钢材采用基于 vo n Mises 屈服准则的弹塑性 本构模型 ,并在翻斗车撞击处单元划分加密以提 高模拟精度 . 事故天桥的 1 个重要特征是为了减少温度应 力 ,桥梁上部结构和桥墩顶部之间未焊接在一起 , 只是浮搁在桥墩上 , 这是导致桥梁被撞落的 1 个

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