大跨度桥梁防撞钢套箱的抗撞性能研究

发布时间：2020-06-17 22:22

【摘要】：随着我国船舶运输业迅速发展以及跨海跨江大桥的建设,船桥碰撞事故频发,由此导致了巨大的人身和财产损失。因此,研究船桥碰撞问题是非常必要的。本文以泉州湾跨海大桥为工程背景,采用有限元仿真方法对船桥碰撞进行了数值模拟,重点研究了考虑桩土相互作用后船桥碰撞问题,以及防撞钢套箱的抗撞性能和结构优化。主要工作有以下几点:首先,简述了船桥碰撞问题的研究背景及意义,对国内外船桥碰撞研究现状做了综述,总结归纳了关于船舶撞击桥梁计算的经验公式以及相关规定,并对船桥碰撞问题的研究方法进行了阐述。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟了 1900T驳船撞击不同尺寸的方形桥墩、刚性墙,并通过与文献对比,验证了驳船模型的正确性。在此基础上,模拟了驳船以不同速度撞击采用非线性损伤混凝土模型建立的承台,计算结果表明,碰撞力、承台和群桩桩顶的水平位移并非随着撞击速度增大而单调增大,且混凝土开裂区域更容易出现在群桩桩顶和群桩桩底固结处。与线弹性模型相比,驳船撞击非线性损伤承台模型引起的撞击力、水平位移均更小。通过对带有防撞钢套箱的船桥碰撞进行模拟,验证了钢套箱可有效提高承台的抗撞性能,且钢套箱最容易出现损伤破坏的位置是碰撞接触面区域以及钢套箱拐角的顶和底面处。对无钢套箱的船桥碰撞而言,安装钢套箱后群桩的第一、二、三残余主拉应力分别减少了 49.80%、64.91%和28.57%。在考虑桩土相互作用和安装钢套箱后,群桩的第一、二、三残余主拉应力比无桩土相互作用时分别增加了0.50、2.75和2.87倍。在考虑由自重引起的土体和结构初始应力及在承台上安装钢套箱后,群桩的第一、二、三残余主拉应力分别增加了 32.98%、17.33%和34.48%。此外,考虑了土体边界条件、群桩边界条件、桩基结构形式、由自重引起的土体和结构初始应力对船桥碰撞的影响,并分析了考虑复杂工况的必要性、各工况下钢套箱的耗能能力、结构撞后残余应力和最容易出现损伤的区域。最后,总结归纳了防撞系统的分类形式,并介绍了各防撞系统的特点以及适用条件。通过对驳船撞击安装由不同钢材型号、钢板厚度及间距组成的防撞钢套箱的承台进行模拟,根据不同工况下结构的撞后残余应力和钢套箱材料用量等因素,对防撞钢套箱进行了结构优化,最终确定钢材型号Q390、厚度8.00mm和间距0.80m为最佳组合形式。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441
【图文】：

船桥碰撞事故在我国屡次发生。２００７年８月，在江苏省昆山市大洋逡逑桥水域，一艘货船因避让船只撞上大洋桥桥墩，致使部分的桥梁结构发生坍塌。逡逑船上一男子腿部被砸伤，另有两人落水失踪。如图１－１所示。逡逑图１－１大洋桥船撞事故逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｖｅｓｓｅｌ邋ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋Ｄａｙａｎｇ邋Ｂｒｉｄｇｅ逡逑２０１５年１０月，广茂铁路高要站至肇庆站间的西江公铁两用大桥被一艘货船撞逡逑击，如图１－２所示。由于受撞击的影响，使得该桥梁结构无法正常地工作，导致途逡逑经该区段的列车全部暂停运营。虽然铁路部门还是采取了让列车迂回、折返等补逡逑救措施，但还是造成了不可估量的经济损失和社会影响。逡逑１逡逑

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本文编号：2718247