船舶与跨海大桥碰撞精细化数值模拟研究

发布时间：2020-11-07 12:44

　　 随着交通运输事业快速发展,跨海大型桥梁数量逐步增多,形成了一座座宏伟的景观;同时,全世界船舶也正向大型化、高速化发展,且港口船舶的吞吐量也在也不断增加,桥梁和通行船舶之间的矛盾日益突出,船舶对桥梁的撞击导致桥梁破坏的事件在近海和内陆河道中时有发生,有学者统计分析了导致桥梁破坏倒塌的所有原因发现,对于航道上的桥梁,船撞是造成破坏倒塌第二位的原因,因此对于航道桥梁,船舶撞击桥梁致损的问题十分突出,且应对桥梁进行合理的防撞设计和采取必要的防护。船撞桥的研究方法中的有限元仿真技术作为一种随计算机发展而新兴的方法,相比实验大大降低研究成本,且容易对撞击各因素的控制,节约时间,因此受广大研究者喜爱,现在有限元模拟正朝精细化发展。有学者提出船撞力与速度和质量有关,与速度和质量的平方根成正比,并提出不同的计算船撞力规范,本文依据平潭海峡大桥和金塘大桥进行建模与分析,并与已有的有限元仿真分析方法和规范进行对比。主要工作包括以下几个方面:(1)通过对文献的阅读找到相关桥墩的实际尺寸和自振频率实测数据,建立三个精细化桥墩模型并用模态分析对模型进行验证,此精细化模型结果数据更吻合实际,说明精细化建模的必要性。(2)通航段船桥碰撞数值模拟,分析不同碰撞参数对结果的影响,并得出结论:如偏撞可以使撞击力大大减小;桩下土体对撞击力影响很小但对位移影响很大;碰撞速度和质量很大时撞击力不在随二者增加而增加,反而和船艏刚度有直接关系。本文最后模拟研究了高速大质量撞击时,船艏刚度对撞击的影响。(3)非通航段通航段船桥碰撞数值模拟,对桥梁最易破坏位置进行分析来对桥梁的损伤进行研究,分析发现应力云图混凝土拉应力与承台最大位移有关,由此得出最大承台位移越大损伤也随之变大,不同结构形式损伤量与位移量关系不同,但都是随着承台最大位移增大而增大,研究表明可以用承台最大位移量来评估损伤。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- 2 -图1-2 港珠澳大桥船撞桥事故最近几十年愈发频繁，2001年，美国南部德克萨斯州伊莎贝拉跨海大桥被一艘顶推船队撞击，72 m的桥面被撞开，造成了两跨桥面坍塌，5辆桥上行驶的汽车坠入海中，4人死亡，沿桥内布设的电话线、自来水管以及银行通讯系统均遭破坏，大桥连接的陆岛交通一度中断数日。2007年九江大桥桥墩被某失控船只撞击

图 2-1 平潭海峡大桥塘大桥长总 21.020 km，主要包含通航孔桥、非通航孔桥。主通0 m 五跨钢箱梁斜拉桥，非通航孔为 60 m 长连续预应力箱型梁部结构相似，但下部结构有两种形式，后文分别建模并进行具体果图如图 2-2 所示。

- 8 -图 2-2 金塘大桥-DYNA 软件介绍-DYNA 是先进的显式动力学分析软件，近年来船桥碰撞数值模是用此软件进行计算的。DYNA 程序最初由美国 Livermore Ntory 实验室 J.O 博士主持研发并用于武器设计后经一系列的扩软件特别适合求解大位移、大应变等几何非线性及多种材料的种接触等问题，并与实验进行了很多次对比证实其合理可靠。ge 算法计算；以显示动力分析为主，兼具有隐式分析能力。可
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本文编号：2873965