内河船舶与桥墩斜向碰撞过程动力响应与防船撞结构研究
发布时间：2020-12-06 00:51
随着内陆地区铁路公路交通建设的发展和内河航道船舶运输量的上升,内河船舶与桥梁碰撞事故发生的概率正在不断增大,船桥碰撞事故危及桥梁的结构安全和通航船舶运营安全。桥梁防船撞设计是工程设计建造必须解决的安全课题,现有的分析理论和设计规范在船桥碰撞响应分析、撞击力模型、桥墩防撞技术等重要基础问题的研究还存在不足。在总结分析既有研究成果基础上,采用有限元数值分析方法,对内河船舶与桥墩斜向碰撞过程的复杂动力响应进行数值模拟研究,基于数值分析结果提出了一种结构简单、维护方便的防船撞装置。本文首先结合实际工程参数,建立了跨内河航道铁路桥梁重力式桥墩结构、公路桥梁柱式桥墩结构和内河航道900吨级散货船的全尺寸有限元模型。同时,为分析土体对桥墩结构的影响,分别建立了重力式墩、柱式墩与船舶碰撞的桩土耦合有限元模型,通过数值模拟分析土体的影响,计算表明桩土耦合模型的计算精度高于桩基嵌固模型。其次,考虑动水压力作用,分别对重力式墩、柱式墩结构与900吨级散货船舶在四种碰撞角度以及五种碰撞速度共20种碰撞过程进行有限元数值仿真,桥墩动力响应计算结果表明,随着碰撞角度的减小,碰撞过程的持续时间有明显缩短的趋势;碰撞...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 船桥碰撞理论体系概述
1.2.2 桥墩防船撞结构的研究及其进展
1.3 本文主要研究内容
第2章 船桥碰撞力的计算方法
2.1 船桥碰撞力计算经验公式与规范
2.1.1 沃辛经验公式
2.1.2 彼得森经验公式
2.1.3 陈诚公式
2.1.4 美国公路工程师协会规范公式
2.1.5 欧洲规范公式
2.1.6 国内现行规范公式
2.2 船桥碰撞力计算的有限元方法
2.2.1 非线性有限元控制方程
2.2.2 基于控制方程的有限元仿真
第3章 考虑动水压力与桩土效应的船桥建模
3.1 船舶结构的有限元模型
3.1.1 船型选取与船体材料的本构模型
3.1.2 动水压力作用对船体的影响
3.2 桥墩结构有限元模型
3.2.1 桥墩类型选取与混凝土材料的本构模型
3.2.2 铁路桥梁重力式桥墩结构的建模
3.2.3 公路桥梁柱式桥墩结构的建模
3.3 桩土效应分析
3.3.1 基于土体本构特性的桩土耦合模型
3.3.2 基于等效嵌固的桩基嵌固模型
3.3.3 桩土耦合、桩基嵌固模型计算结果对比
3.4 本章小结
第4章 船舶与桥墩结构碰撞过程数值模拟
4.1 碰撞角度对碰撞过程的影响
4.1.1 重力式墩不同碰撞角度下的动力响应
4.1.2 柱式墩不同碰撞角度下的动力响应
4.2 碰撞速度对碰撞过程的影响
4.2.1 重力式墩不同碰撞速度下的动力响应
4.2.2 柱式墩不同碰撞速度下的动力响应
4.3 本章小结
第5章 附着式可旋转防船撞装置研究
5.1 桥梁防船撞结构的工作原理与分类
5.2 附着式可旋转防船撞护筒有限元模型
5.3 可旋转防船撞护筒与船舶碰撞的数值仿真
5.3.1 碰撞力对比
5.3.2 防船撞护筒的应力分布与变形
5.3.3 防船撞护筒的吸能特性
5.4 关于可旋转防船撞护筒的优化
5.5 本章小结
结论与展望
1.主要结论
2.研究展望
致谢
参考文献
硕士阶段发表的论文及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥梁防撞装置中FRP单元树脂选型探讨[J]. 卞清. 低温建筑技术. 2017(09)
[2]拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带结构形式比选[J]. 余葵,储雪权,陶超,马希钦. 科学技术与工程. 2017(13)
[3]FRP约束混凝土圆柱应力-应变关系模型[J]. 梁猛,李明海,王伟,梅佐云,宋晓光,秘星. 建筑结构. 2016(S1)
[4]船撞冲击下高桩桥墩高危损伤区域分布[J]. 高荣雄,李敬,唐奇文. 土木工程与管理学报. 2016(01)
[5]桩土相互作用对大跨连续刚构桥动力特性的影响[J]. 高传贤. 山西交通科技. 2014(02)
[6]用LS-DYNA仿真模拟探索船舶刚度对船桥撞击力的影响[J]. 熊安平,胡本清,杜宜洋. 高速铁路技术. 2012(01)
[7]几种常用混凝土动态损伤本构模型评述[J]. 李世民,李晓军. 混凝土. 2011(06)
[8]船舶撞击桥墩的力学模型和横向瞬态响应[J]. 罗旗帜,黄志斌. 铁道学报. 2010(06)
[9]轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型[J]. 王君杰,孟德巍,欧碧峰. 振动与冲击. 2010(11)
[10]敏感环境下基坑数值分析中土体本构模型的选择[J]. 徐中华,王卫东. 岩土力学. 2010(01)
硕士论文
[1]船舶撞击桥梁的理论分析与试验研究[D]. 徐春林.南京航空航天大学 2011
[2]船桥碰撞及桥墩防撞设施研究[D]. 尹锡军.大连海事大学 2009
[3]桥梁设计船撞力及损伤状态仿真研究[D]. 陈诚.同济大学 2006
本文编号：2900402
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 船桥碰撞理论体系概述
1.2.2 桥墩防船撞结构的研究及其进展
1.3 本文主要研究内容
第2章 船桥碰撞力的计算方法
2.1 船桥碰撞力计算经验公式与规范
2.1.1 沃辛经验公式
2.1.2 彼得森经验公式
2.1.3 陈诚公式
2.1.4 美国公路工程师协会规范公式
2.1.5 欧洲规范公式
2.1.6 国内现行规范公式
2.2 船桥碰撞力计算的有限元方法
2.2.1 非线性有限元控制方程
2.2.2 基于控制方程的有限元仿真
第3章 考虑动水压力与桩土效应的船桥建模
3.1 船舶结构的有限元模型
3.1.1 船型选取与船体材料的本构模型
3.1.2 动水压力作用对船体的影响
3.2 桥墩结构有限元模型
3.2.1 桥墩类型选取与混凝土材料的本构模型
3.2.2 铁路桥梁重力式桥墩结构的建模
3.2.3 公路桥梁柱式桥墩结构的建模
3.3 桩土效应分析
3.3.1 基于土体本构特性的桩土耦合模型
3.3.2 基于等效嵌固的桩基嵌固模型
3.3.3 桩土耦合、桩基嵌固模型计算结果对比
3.4 本章小结
第4章 船舶与桥墩结构碰撞过程数值模拟
4.1 碰撞角度对碰撞过程的影响
4.1.1 重力式墩不同碰撞角度下的动力响应
4.1.2 柱式墩不同碰撞角度下的动力响应
4.2 碰撞速度对碰撞过程的影响
4.2.1 重力式墩不同碰撞速度下的动力响应
4.2.2 柱式墩不同碰撞速度下的动力响应
4.3 本章小结
第5章 附着式可旋转防船撞装置研究
5.1 桥梁防船撞结构的工作原理与分类
5.2 附着式可旋转防船撞护筒有限元模型
5.3 可旋转防船撞护筒与船舶碰撞的数值仿真
5.3.1 碰撞力对比
5.3.2 防船撞护筒的应力分布与变形
5.3.3 防船撞护筒的吸能特性
5.4 关于可旋转防船撞护筒的优化
5.5 本章小结
结论与展望
1.主要结论
2.研究展望
致谢
参考文献
硕士阶段发表的论文及参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥梁防撞装置中FRP单元树脂选型探讨[J]. 卞清. 低温建筑技术. 2017(09)
[2]拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带结构形式比选[J]. 余葵,储雪权,陶超,马希钦. 科学技术与工程. 2017(13)
[3]FRP约束混凝土圆柱应力-应变关系模型[J]. 梁猛,李明海,王伟,梅佐云,宋晓光,秘星. 建筑结构. 2016(S1)
[4]船撞冲击下高桩桥墩高危损伤区域分布[J]. 高荣雄,李敬,唐奇文. 土木工程与管理学报. 2016(01)
[5]桩土相互作用对大跨连续刚构桥动力特性的影响[J]. 高传贤. 山西交通科技. 2014(02)
[6]用LS-DYNA仿真模拟探索船舶刚度对船桥撞击力的影响[J]. 熊安平,胡本清,杜宜洋. 高速铁路技术. 2012(01)
[7]几种常用混凝土动态损伤本构模型评述[J]. 李世民,李晓军. 混凝土. 2011(06)
[8]船舶撞击桥墩的力学模型和横向瞬态响应[J]. 罗旗帜,黄志斌. 铁道学报. 2010(06)
[9]轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型[J]. 王君杰,孟德巍,欧碧峰. 振动与冲击. 2010(11)
[10]敏感环境下基坑数值分析中土体本构模型的选择[J]. 徐中华,王卫东. 岩土力学. 2010(01)
硕士论文
[1]船舶撞击桥梁的理论分析与试验研究[D]. 徐春林.南京航空航天大学 2011
[2]船桥碰撞及桥墩防撞设施研究[D]. 尹锡军.大连海事大学 2009
[3]桥梁设计船撞力及损伤状态仿真研究[D]. 陈诚.同济大学 2006
本文编号：2900402
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/2900402.html
