(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210570465.5 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 华东交通大 学 地址 330013 江西省南昌市经济技 术开发 区双港东大街808号 (72)发明人 任亮　阙志崇　廖延铸　万超　 (74)专利代理 机构 南昌市平凡知识产权代理事 务所 36122 专利代理师 姚伯川 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种车辆-钢筋混凝土桥墩撞击力数学模 型 构建方法 (57)摘要 一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模 型 构建方法， 包括： （1） 开展受压钢筋混凝土墩柱落 锤冲击试验， 得到落锤冲击作用下墩柱应变率时 程试验曲线； （2） 建立计入应变率效应的钢筋混 凝土墩柱落锤冲击有限元模型； （3） 修正混凝土 应变率效应数学模型中应变率阈值； （4） 计算不 同撞击速度和撞击质量下的撞击动能、 应变率和 撞击力； （5） 定义撞击动能、 应变率与撞击力之间 的数学表达式， 通过回归分析， 确定数学表达式 中的常系数， 建立车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力 数学模型。 本发 明构建一种考虑撞击动能和应变 率的车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型， 真 实反映了 车辆碰撞下混凝土桥墩的撞击力响应， 可为跨线桥墩柱的抗撞设计提供参 考。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114818084 A 2022.07.29 CN 114818084 A 1.一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型构建方法， 其特征在于， 所述方法包括以 下步骤： S1、 开展受压钢筋混凝土墩柱落锤冲击试验， 得到落锤冲击作用下墩柱应变率时程试 验曲线； S2、 结合混凝土和钢筋应变率效应数学模型， 建立钢筋混凝土墩柱落锤冲击有限元模 型； S3、 计算受压钢筋混凝土墩柱落锤应变率时程曲线， 通过与试验曲线对比， 修正混凝土 应变率效应数 学模型中应 变率阈值； S4、 基于修正后的混凝土应变率效应数学模型， 建立车辆和钢筋混凝土桥墩接触有限 元模型， 计算 不同撞击 速度和撞击质量下的撞击动能、 应 变率和撞击力； S5、 定义撞击动能、 应变率与撞击力之间的数学表达式， 结合计算得到的不同撞击工况 下的撞击动能、 应变率和对应的撞击力， 通过回归分析， 确定数学表达式中的常系 数， 建立 车辆‑钢筋混凝 土桥墩撞击力数 学模型。 2.根据权利要求1所述的一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型构建方法， 其特征 在于， 所述结合混凝土和钢筋应变率效应数学模型包括混凝土应变率效应和钢筋应变率效 应； 混凝土应变率效应的数 学表达式如下： 式中， fcd和fcs分别为混凝土动力和静力抗压强度； 为应变率； 为混凝土应变率阈 值， 初始值 为30s‑1； 钢筋应变率效应数 学表达式如下： 式中， σd和σs分别为动力和静力作用下钢筋的应力。 3.根据权利要求1所述的一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型构建方法， 其特征 在于， 所述 修正混凝土应变率效应数 学模型中应 变率阈值 步骤如下： (1)计算应 变率阈值 修正系数 其中 表示计算应变率峰值， 表示试验应变率峰值： 当α ≥0， 修正应变率阈值为 若α <0， 修正应变率阈值 为 (2)基于修正后的混凝土应变率阈值， 应用冲击有限元模型， 重新计算落锤冲击作用下 钢筋混凝 土墩柱应 变率时程曲线； (3)计算应 变率峰值差异系数 若|β|≤0.05， 表明修正后的混凝土应变率阈值满足要求， 否则重新计算α， 重复步骤 (1)， 直至满足要求。 4.根据权利要求1所述的一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型构建方法， 其特征 在于， 所述计算 不同撞击 速度和撞击质量下的撞击动能、 应 变率和撞击力的步骤如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114818084 A 2(1)应用修正后的混凝土应变率效应模型， 结合钢筋和混凝土单元类型、 损伤模型以及 钢筋应变率效应模型， 构建考虑应变率效应的钢筋混凝土桥墩模型， 并在此基础上建立车 辆和钢筋混凝 土桥墩接触有限元模型； (2)根据实际撞击事故中可能出现的车辆撞击质量和撞击速度， 拟定不同的撞击速度v 和撞击质量m作用下的工况组合， 得到对应的撞击动能E＝mv2/2； (3)根据车辆撞击高度范围内的应 变率云图， 提取最大值作为碰撞过程中的应 变率 (4)根据撞击工况下撞击力时程曲线， 提取对应的峰值撞击力和撞击力平台值的均值 作为钢筋混凝 土桥墩撞击力P。 5.根据权利要求1所述的一种车辆 ‑钢筋混凝土桥墩撞击力数学模型构建方法， 其特征 在于， 所述建立车辆 ‑钢筋混凝 土桥墩撞击力数 学模型步骤如下： (1)定义撞击动能、 应 变率与撞击力之间的数 学表达式： 式中E为撞击动能， 为应变率， 为撞击力， a、 b、 c、 d、 e、 f为常系数； (2)针对步骤S4中得到的不同撞击工况下的撞击动能、 应变率和对应的撞击力， 采用最 小二乘法非线性数值回归分析， 得到撞击力计算公式 中a、 b、 c、 d、 e和f等常系数的取值； (3)通过误差参数SSE、 RMSE和R2来评判确定的车辆 ‑钢筋混凝土桥 墩撞击力数学模型拟 合效果， 其中： 式中， Pi是步骤S4计算的原始值； 是基于数学模型得到的预测值； wi是权重值； 是原 始数据平均值， 要求RMSE和S SE值小于 0.1， R2大于0.9。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114818084 A 3