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2019年10月1日台湾宜兰大桥倒塌事故有限元模拟

转载:陆新征课题组  2019/10/2 18:31:00  647
内容简介:声明本研究是重庆大学徐梁晋博士及清华大学研究生金鑫磊、顾栋炼、廖文杰、赵鹏举等基于公开获取信息开展的模拟。由于本桥倒塌事故原因正在调查中,现在尚不足以给出确定性的结论。本文分析结果是同学们在假期加班开展的探索性研究,主要目的是介绍计算机模拟在相关领域的应用情况,并锻炼有限元分析的技能。本分析仅供科研使用,具体事故原因应根据实际情况由专业人员确定。事故简介2019年10月1日上午9时30分左右,台湾...

声明

本研究是重庆大学徐梁晋博士及清华大学研究生金鑫磊、顾栋炼、廖文杰、赵鹏举等基于公开获取信息开展的模拟。由于本桥倒塌事故原因正在调查中,现在尚不足以给出确定性的结论。本文分析结果是同学们在假期加班开展的探索性研究,主要目的是介绍计算机模拟在相关领域的应用情况,并锻炼有限元分析的技能。本分析仅供科研使用,具体事故原因应根据实际情况由专业人员确定。

事故简介

2019年10月1日上午9时30分左右,台湾宜兰南方澳跨港大桥发生断裂崩塌,桥上正行驶的油罐车连同桥面从约18米的高空摔落,停在桥梁下的3艘渔船当场遭压沉,已致10人受伤,5人失踪。在为这一事故深表痛惜的同时,重庆大学徐梁晋博士及清华大学研究生金鑫磊、顾栋炼、廖文杰、赵鹏举等采用有限元软件重现了南方澳跨港大桥的倒塌过程,为事故原因的探讨提供了一些参考。

桥梁实际倒塌过程

桥梁实际倒塌过程

该桥属于钢拱桥,桥长140米,桥宽15米,采用耐候性高强度低合金钢,共用1535吨钢板,于1998年6月20日建造完成,桥龄仅21年。从视频中可以看出,桥跨右侧第六根吊杆率先失效,紧接着,吊杆一根根失效,桥梁垮塌。

数值模拟

根据此前桥梁倒塌模拟经验(参考资料1:有限元+虚拟现实=桥梁倒塌的过程反演分析与场景再现,参考资料2:6月14日河源东江大桥垮塌事故有限元模拟及分析),采用通用有限元软件MSC.Marc建立了该桥的三维有限元模型,以模拟此次倒塌事故,如下图所示。

有限元模型

破坏过程对比

角度1:有限元数值模拟

角度1:实际破坏过程

角度2:有限元数值模拟

角度2:实际破坏过程

事故原因浅析

此次事故中,右数第6根吊杆在靠近拱肋处首先发生断裂。该吊杆失效后,其他吊杆的内力进行了重分布。其他吊杆由于内力突然增大,超出其承载能力,故由跨中向两侧依次发生破坏。吊杆失效瞬间,释放了对拱肋向下的拉力,使得拱肋向上回弹,拱脚向跨中回缩。吊杆失效后,主梁失去吊杆的弹性支承,挠度显著增大。主梁发生的弯曲大变形使得梁端向跨中回缩,进一步加剧了拱肋向跨中的回缩。当主梁变形达到一定程度,即在跨中断裂,使得拱肋和主梁从支座上滑落,整体坍塌。而拱肋的薄弱位置(双叉拱肋节点)也在落梁过程中发生破坏。

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