桥梁船撞作用及对行车安全性影响研究

发布时间：2017-05-13 08:03

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【摘要】：为了研究船撞桥作用对桥上行车安全性的影响,以确定影响行车安全的最不利条件,本文依次就墩水耦合作用、船撞桥过程、车桥相互作用进行了计算分析。 首先,对任意截面形式的桥墩的墩水耦合进行了有限元分析,阐述了等效密度系数法的原理。以一菱形桥塔为研究对象,对比了有限元水体单元法与等效密度系数法两种方法。 其次,运用CATIA-HYPERMESH-DYNA联合建模求解技术对船撞桥进行数值仿真。通过计算船撞单塔模型和船撞全桥模型,得到了有墩水耦合作用和无墩水耦合作用情况下的撞击力、桥梁动态响应时程曲线。 最后,计算了在碰撞力作用下,单辆车和多辆车过桥时各项安全指标的时间历程。同时就碰撞发生时列车在桥上的不同位置、撞击船的不同吨位、不同车速进行了参数分析。 墩水耦合作用分析表明：墩水耦合作用会使桥墩的自振频率降低,同时会使自振振型出现个别振型提前和振型发散的特点；此外,通过对比分析,等效密度系数法可以有效地代替有限元水体单元法,适用于求解考虑墩水作用的动力学问题。 船撞桥过程仿真碰撞力分析表明：采用单塔模型和采用全桥模型,以及是否考虑桥塔与水的相互作用对碰撞力最大值影响不大。 船撞桥过程仿真结构响应分析表明：考虑墩水耦合作用与不考虑墩水耦合作用分别得到的响应曲线,在碰撞结束前,二者保持一致；在碰撞结束以后二者开始分离,各自按照比较有规律的曲线衰减；考虑墩水耦合作用以后,桥梁做衰减的自由振动周期增大。 车桥相互作用分析表明：船撞作用会导致列车横向加速度、轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数显著增大,但对竖向加速度影响稍小；碰撞发生时,列车距离碰撞发生位置越近越不安全,撞击船舶吨位越大越不安全；在确定影响行车安全的最不利条件时,应考察碰撞发生时列车在桥上的位置、船舶吨位以及车速。
【关键词】：墩水耦合 等效密度系数 船撞桥 数值仿真 车桥耦合作用 行车安全
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U447;U298.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 概述11-14
• 1.2 研究现状14-16
• 1.2.1 碰撞力研究14-15
• 1.2.2 船撞桥概率研究15
• 1.2.3 结构损伤及防撞装置研究15
• 1.2.4 有限元数值计算15-16
• 1.3 本文研究必要性16
• 1.4 本文主要研究内容16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 墩水相互作用17-32
• 2.1 墩水作用分析方法17-18
• 2.1.1 Morison方程17-18
• 2.1.2 有限元法18
• 2.2 有限元法计算过程18-22
• 2.2.1 算例19-22
• 2.3 等效附加质量法(等效密度系数法)22-27
• 2.3.1 理论基础22-24
• 2.3.2 算例24-27
• 2.4 某斜拉桥深水桥塔分析27-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 船撞桥碰撞力计算32-48
• 3.1 规范及经验公式32-34
• 3.1.1 中国铁路规范公式32
• 3.1.2 中国公路规范公式32-33
• 3.1.3 AASHTO规范33
• 3.1.4 Woisin修正公式33-34
• 3.2 利用有限元方法计算碰撞力34-36
• 3.2.1 有限元理论34-35
• 3.2.2 LS-DYNA介绍35-36
• 3.3 船撞桥有限元模型36-39
• 3.3.1 船舶有限元模型36-37
• 3.3.2 墩水耦合作用37
• 3.3.3 船水耦合作用37
• 3.3.4 网格划分37-38
• 3.3.5 材料模型38-39
• 3.3.6 接触参数设置39
• 3.4 船撞桥碰撞力仿真结果39-43
• 3.4.1 单塔模型39-41
• 3.4.2 全桥模型41-42
• 3.4.3 单塔模型与全桥模型比较分析42-43
• 3.4.4 碰撞力最大值对比43
• 3.5 船撞桥桥梁动力响应分析43-46
• 3.5.1 简化模型43-45
• 3.5.2 响应分析45-46
• 3.6 本章小结46-48
• 第4章 全桥响应场分析及行车安全性评价48-66
• 4.1 列车与桥梁的相互作用48-52
• 4.1.1 轨道不平顺48-50
• 4.1.2 安全评价标准50-52
• 4.2 列车响应及其行车安全性分析52-61
• 4.2.1 单辆车53-56
• 4.2.2 多辆车56-61
• 4.3 参数分析61-65
• 4.3.1 碰撞发生时列车在桥上的位置61-63
• 4.3.2 船舶吨位63-64
• 4.3.3 车速64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 附录73-76
• 攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文76

【参考文献】

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本文编号：361964