圆柱形桥墩在冲击荷载作用下的损伤指标试验研究

发布时间：2017-04-20 10:05

  本文关键词：圆柱形桥墩在冲击荷载作用下的损伤指标试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：桥梁损伤指标是一个描述工程结构受到的伤害或损伤程度,反映特定荷载条件下工程结构的脆弱性的一个指标,是指在不同船舶撞击吨位作用下桥梁结构发生各种破坏状态的概率,它从概率的意义上定量的刻画了工程结构的抗船撞性能,从宏观的角度描述了船舶撞击吨位与结构破坏程度之间的关系。近些年来,随着社会的不断发展,我国跨江河以及海峡海湾大桥日益增多,船舶航运需求量也飞速增加,与其相对应的桥墩抗船撞性能也需要随之提高。但是,目前国内外,船撞领域的研究主要集中在撞击力的研究中,还没有提出一个判断混凝土桥墩损伤等级的指标,针对船撞损伤指标的相关研究并没有得到深入的研究和开展,因此可以说真正意义上的桥梁船撞易损性分析还没有得到重视和开展。针对于此,本文结合抗震领域,车撞领域,建筑结构等领域的研究成果,并在最新船撞领域规范的基础之上,以及对矩形混凝土墩损伤指标的研究,提出了圆柱形钢筋混凝土桥墩五种损伤状态下的判断指标,为明确桥梁船撞的风险水平,完善桥梁的船撞设计理论,以及修复混凝土桥墩在经受船舶撞击后的状态等方面提供理论支持。本研究主要开展的研究工作如下:①利用数值仿真模拟计算方法,结合相似比理论运用相关软件对船舶、圆柱形钢筋混凝土桥墩进行建模分析,以桥墩的损伤程度,初步提出五种状态下混凝土桥墩的损伤指标,并以此为依据,结合抗震领域建筑结构中的有关规范,提出的以墩底转角来判断损伤程度的指标。②对提出的损伤指标进行验证,并依据整体模型设计试验方案。采用不变的撞击质量,通过控制撞击物的碰撞速度来获得不同的撞击能量,以此来说明钢筋混凝土桥墩五种损伤程度。本文共设置了五种不同的工况,本次试验为单摆撞击试验,通过控制撞击物的高度来控制撞击物与桥墩开始撞击时的速度。因此我们需要先将撞击物提升至所需的高度,用绳子将其固定在反力墙上,在重力作用下得到不同的水平速度。③对提出的损伤指标进行试验验证,对比分析试验仿真计算数据与实测数据,并以此提出圆柱形钢筋混凝土桥墩抗船撞损伤等级的第一临界转角为和第二临界转角。④本文是桥墩抗船撞损伤指标研究的第二个实验,前一个实验是矩形桥墩的损伤指标研究。鉴于此,需要对矩形桥墩的损伤指标与圆柱形桥墩损伤指标进行对比分析。最后,本文对船桥碰撞研究领域进行了展望,对其中船撞力以及本文部分成果尚需进一步研究的内容进行总结。
【关键词】：数值模拟 损伤指标 撞击力 船桥碰撞 墩底转角
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446.1;U443.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 研究背景及意义11-18
• 1.1.1 国内船撞桥事故11-15
• 1.1.2 国外船撞桥事故15-17
• 1.1.3 国内外船撞桥事故对比分析17-18
• 1.2 国内外关于船撞问题的研究概况18-20
• 1.2.1 概述18-19
• 1.2.2 国内外船撞问题研究的进展19-20
• 1.2.3 桥梁损伤指标在船撞领域的应用20
• 1.3 船桥碰撞领域中损伤指标的研究状况20-23
• 1.3.1 我国在船撞损伤指标领域的研究现状20-21
• 1.3.2 国外在船撞损伤指标领域的研究现状21-23
• 1.4 本文研究的目的及内容23-25
• 1.4.1 研究目的23
• 1.4.2 研究内容23-24
• 1.4.3 内容安排24-25
• 第二章 圆形桥墩船撞损伤指标研究方法25-32
• 2.1 相似理论及量纲分析25-28
• 2.1.1 相似原理概述25-26
• 2.1.2 相似原理和模型试验26-27
• 2.1.3 量纲分析法27-28
• 2.2 桥梁损伤指标28-29
• 2.2.1 损伤的分类28
• 2.2.2 损伤的判别方法28-29
• 2.3 有限元数值仿真分析29-31
• 2.3.1 建模所用软件29-30
• 2.3.2 MSC.Patran软件简介30-31
• 2.3.3 Eta.Femb软件简介31
• 2.3.4 Ls-Dyna软件简介31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 圆形桥墩船撞动力数值模拟32-47
• 3.0 概述32
• 3.1 相似理论的应用32-35
• 3.2 材料本构关系的确定35-38
• 3.2.1 钢筋材料本构关系35-36
• 3.2.2 混凝土本构模型36-38
• 3.3 有限元模型38-39
• 3.3.1 船舶模型38
• 3.3.2 桥墩模型38-39
• 3.3.3 边界条件39
• 3.3.4 接触类型39
• 3.4 试验工况及仿真结果39-46
• 3.4.1 试验工况极其理论说明39-43
• 3.4.2 数值仿真结果43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 圆形桥墩碰撞试验方案设计47-57
• 4.1 实验设备及数据采集系统47
• 4.2 冲击实验方案设计47-54
• 4.2.1 撞击物设计47-48
• 4.2.2 桥墩及承台设计48-50
• 4.2.3 单摆装置设计50-53
• 4.2.4 局部关键部位说明53-54
• 4.3 测点布设54-55
• 4.3.1 钢筋和混凝土应变片布设54-55
• 4.3.2 位移传感器布设55
• 4.3.3 加速度传感器布设55
• 4.4 碰撞试验工况说明55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 试验碰撞结果及对比分析57-81
• 5.1 碰撞试验结果57-72
• 5.1.1 工况一实验结果57-60
• 5.1.2 工况二实验结果60-63
• 5.1.3 工况三实验结果63-66
• 5.1.4 工况四实验结果66-69
• 5.1.5 试验结果汇总69-71
• 5.1.6 试验应力值数据采集缺陷71-72
• 5.2 试验结果与仿真结果对比分析72-74
• 5.2.1 工况一（轻微损伤）72
• 5.2.2 工况二（中等损伤）72-73
• 5.2.3 工况三（严重损伤）73
• 5.2.4 工况四（倒塌）73-74
• 5.3 钢筋和混凝土应变分析74-76
• 5.4 试验数据与仿真计算数据总体比较76-77
• 5.5 结论汇总77-78
• 5.6 试验与数值模拟结果差异分析78-79
• 5.7 本章小结79-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-86
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果86

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