船撞桥墩作用的有限元数值仿真及碰撞特性研究

发布时间：2020-08-03 10:43

【摘要】：随着世界科技和经济的高速发展,我国交通和公共基础设施的日益完善,各类型桥梁不断建设,同时,在桥梁所在航道行驶的船舶也在日益增多,这使得桥梁和船舶之间碰撞概率增高。船舶和桥梁碰撞不仅会使桥梁结构受到损伤,同时桥梁的使用寿命和安全性能、抗震性能都会受到极大影响,通常还会造成严重的财产损失和人员伤亡等重大后果。因此,研究船桥碰撞特性和桥墩防撞装置是当前重要研究方向。本文以某圆端形桥墩和某船舶为例,利用有限元软件ANSYS、LS-DYNA和LSPREPOST进行建模、计算和结果处理,通过分析船舶撞击桥墩时的能量转换、撞击力、应力和位移等探究碰撞特性。同时研究了船舶撞击桥墩过程中的船舶航行速度和撞击角度这两个影响因素对碰撞响应的影响。根据研究结果提出“橡胶护舷式防撞带”防撞装置,并对其防撞效果进行讨论。全文主要研究工作如下:(1)介绍了目前国内外关于船舶撞击桥梁的事故、研究现状和部分试验,说明了对船桥碰撞进行研究的意义。(2)归纳总结了船桥碰撞中Minorsky、Woisin等四大经典理论,并对其原理、假定和不足等进行简要对比。同时列举了五种碰撞计算方法及应用。(3)介绍了有限元计算软件LS-DYNA,并对本文中需要用到的混凝土材料本构关系、船舶和桥梁在碰撞过程中的接触类型、接触算法和摩擦问题,以及沙漏控制进行了讨论分析。(4)通过有限元软件ANSYS和LS-DYNA对船舶撞击桥墩进行有限元仿真模拟,主要从能量交换、碰撞力、应力、位移等方面研究船舶撞击桥墩过程中船舶和桥墩的动态响应,归纳其碰撞特性,并研究了船舶撞击桥墩过程中的船舶航行速度和撞击角度这两个影响因素对碰撞的影响。(5)归纳总结了现有的桥墩防撞装置,对其优缺点进行说明,并提出了“橡胶护舷式防撞带”防撞装置,利用有限元软件对其进行数值仿真,评估该装置的防撞效果。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U698;U447
【图文】：

阳光,事故,桥梁倒塌,垮塌事故

西南交通大学硕士研究生学位论文伊莎贝拉皇后跨海大桥，造成桥梁上部结构倒塌，正在桥上行驶 4 人死亡[8-10]，如图 1-2。2002 年，在美国俄克拉荷马州，一驳公路桥墩，致使桥梁倒塌，桥面上行驶的汽车坠入阿肯色河，事2016 年 9 月，德国埃朗根一轮船在行驶到美茵-多瑙河时与一事故造成至少 2 人死亡。计，1960-2008 年，由于船舶撞击桥桥梁造成的桥梁垮塌事故平均70 年开始的 18 年间为船桥撞击事故的高发期[3]。

跨海大桥,皇后,事故,桥梁倒塌

致使桥梁倒塌，桥面上行驶的汽车坠入阿肯色河，事2016 年 9 月，德国埃朗根一轮船在行驶到美茵-多瑙河时与一横事故造成至少 2 人死亡。计，1960-2008 年，由于船舶撞击桥桥梁造成的桥梁垮塌事故平均70 年开始的 18 年间为船桥撞击事故的高发期[3]。图 1-1 阳光大桥船撞事故

九江大桥,事故

一载甲苯的油轮失去控制撞击龙港大桥，致使桥面坠入甲苯外泄，事故造成 4 人死亡，直接经济损失达 600 多万元。20击建设中的舟山礁门跨海大桥桥墩，造成桥墩损坏，对大桥施工年 7 月，一货船撞击湖州市一座百年石拱桥桥墩，致使桥面坍塌货船撞击杭州渔临关大桥，致使桥梁倒塌。2007 年 6 月，因能见佛山九江大桥桥墩，致使受撞击桥墩及其上部结构发生坍塌，正车坠入江中，该事故造成 8 人死亡，经济损失达 4500 万元[14,15]，月，一货轮撞击施工中的金塘大桥，致使两片 60m 长的主梁箱梁死亡[16]，见图 1-4。2015 年 10 月，一挖砂船撞击肇庆西江公铁两。2015 年 11 月，两艘运砂船因水位上涨失控，撞击丰城赣江大桥计，1987-2008 年，我国船舶撞击桥梁事故发生 21 起，平均每年势[3]。

【参考文献】