船舶撞击桥墩有限元数值模拟及防撞装置设计研究

发布时间：2017-07-15 21:18

  本文关键词：船舶撞击桥墩有限元数值模拟及防撞装置设计研究

  更多相关文章： 船-桥碰撞 有限元 撞击力 桥墩损伤 桥墩防撞

【摘要】：船-桥碰撞事故往往伴随着重大财产损失和人员伤亡。随着内河桥梁数量逐年增加和水上航运事业蓬勃发展,二者之间的矛盾更是不可避免,迫切需要对船-桥碰撞问题进行深入系统的研究。基于有限元技术的发展,数值模拟成为研究船-桥碰撞的主要手段。本文主要工作如下：1、本文通过分析国内外船-桥碰撞事故,针对工程实例提出课题研究的目的和意义,介绍有限元模拟碰撞的基本原理和方法,对研究过程中所应注意的关键问题和数值模拟方法作了详细说明。2、在对本文研究目的和研究理论熟悉的情况下,分多种工况对碰撞过程进行数值模拟,利用ANSYS/LS-DYNA建立船舶、桥墩模型并求解,LS-PREPOST进行后处理。主要研究影响船-桥碰撞结果的因素,包括船舶初始速度、船舶的刚度、桥墩钢筋的布置、碰撞时水位情况、碰撞角度等。数值模拟结果表明：船舶初始速度与撞击力峰值基本成正比,速度越大,船舶和桥墩的损害越严重：船舶刚度越大造成的撞击后果越严重,主要表现为撞击力和桥墩的损伤：桥墩钢筋作用可通过提高混凝土弹性模量近似模拟：碰撞时水位不同,撞击结果也不同；横桥向撞击结果比顺桥向撞击结果严重。3、通过将软件模拟的结果与现有规范及经验公式计算的结果进行比较,发现各个规范都有其局限性,多数简化计算公式都以船舶质量和船舶速度作为主要参考变量,部分公式并未考虑速度对撞击结果的影响,在运用规范及经验公式计算撞击力时,应根据实际工程合理选取,且只作为参考较好,建议采用数值模拟取得更加确切的结果。4、论文通过对撞击结果的研究,并根据桥墩结构形式设计相应的防撞装置,一种能够适应水位变化的钢套箱。对比船舶撞击不同刚度防撞装置的结果发现,防撞装置刚度越大,防撞效果越好,但是撞击船舶损坏越严重。
【关键词】：船-桥碰撞 有限元 撞击力 桥墩损伤 桥墩防撞
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.26
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 引言16
• 1.2 国外国内船-桥碰撞事故16-20
• 1.2.1 国外船撞桥事故16-19
• 1.2.2 国内船撞桥事故19-20
• 1.3 船-桥碰撞研究现状20-24
• 1.3.1 国外研究现状20-22
• 1.3.2 国内研究现状22-24
• 1.4 本文研究工程背景及意义24-27
• 1.5 本文研究主要内容27-28
• 第二章 船.桥碰撞理论及研究方法28-37
• 2.1 基本碰撞理论28-31
• 2.1.1 Minorsky理论28-30
• 2.1.2 Woisin理论30
• 2.1.3 Heins-Derucher理论30-31
• 2.2 船-桥碰撞撞击力简化计算公式31-35
• 2.2.1 Woisin经验公式31-32
• 2.2.2 Pedersen公式32
• 2.2.3 美国AASHTO规范公式32-33
• 2.2.4 欧洲Euro-codel规范公式33
• 2.2.5 中国公路桥涵设计规范33
• 2.2.6 中国铁路桥涵设计规范公式33-34
• 2.2.7 挪威规范公式34
• 2.2.8 北欧规范公式34
• 2.2.9 其他34-35
• 2.3 船-桥碰撞研究方法的比较35-37
• 第三章 有限元数值模拟技术37-41
• 3.1 有限元发展史37
• 3.2 有限元基本原理37-38
• 3.3 数值模拟应注意的关键问题38-41
• 3.3.1 接触定义38-39
• 3.3.2 网格划分39-40
• 3.3.3 质量缩放40
• 3.3.4 沙漏控制40-41
• 第四章 船-桥碰撞数值模拟41-67
• 4.0 工程概况41-42
• 4.1 材料模型选取42-44
• 4.1.1 桥墩混凝土本构模型42-43
• 4.1.2 船舶材料模型43
• 4.1.3 钢筋材料模型43-44
• 4.2 有限元模型44-45
• 4.2.1 船舶模型44-45
• 4.2.2 桥墩模型45
• 4.3 工况模拟45-67
• 4.3.1 船首刚度对撞击结果的影响45-48
• 4.3.2 钢筋的作用48-52
• 4.3.3 撞击角度的影响52-57
• 4.3.4 水位对撞击结果的影响57-60
• 4.3.5 船舶航速对撞击结果的影响60-64
• 4.3.6 不同撞击位置64-65
• 4.3.7 数值模拟与规范及经验公式的比较65-67
• 第五章 防撞设计67-75
• 5.1 防撞设计思想67
• 5.2 防撞设计方法67-68
• 5.3 防撞钢套箱设计68-70
• 5.4 防撞效果的比较70-75
• 第六章 结论及展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈国虞;张政权;;柔性耗能防撞装置的应用[J];城市道桥与防洪;2008年08期

2 刘新良;;关于桥梁防撞装置结构型式的探讨[J];科技传播;2012年04期

3 姜黎;杨昌棋;马希钦;曾贺川;;“自浮式拱形防撞装置”的模型试验研究与数值模拟[J];中国水运(下半月);2013年05期

4 何香云;;机载防撞装置的现状和未来[J];航空电子技术;1988年03期

5 ;高速公路防撞装置[J];中国市政工程;1998年02期

6 邱铮;;固定式防撞装置在某大桥的应用[J];山西建筑;2014年08期

7 刘建成,顾永宁;桥墩塑性防撞装置的力学机理[J];上海交通大学学报;2003年07期

8 陈国虞;有防撞装置时计算船撞桥的力——铁路桥梁规范中船撞力公式的延伸修订[J];铁道标准设计;2004年01期

9 罗林阁;曹映泓;陈国虞;王礼立;;桥墩柔性防撞装置的内力分析[J];中外公路;2006年05期

10 何用辉;苏春锦;;基于单片机控制的汽车防撞装置[J];机械工程师;2007年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 廖娟;陈国虞;;杭州内河92座桥梁防撞评估与增设防撞装置建议[A];第十九届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C];2010年

2 陈国虞;;防御船撞桥装置的历史和新发展——“三不坏”桥墩防撞装置[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

3 王礼立;张忠伟;黄德进;姚小虎;陈国虞;;船撞桥的钢丝绳圈柔性防撞装置的冲击动力学分析[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年

4 王礼立;黄德进;陈国虞;;基于钢丝绳圈的柔性防撞装置的冲击动力学分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

5 罗林阁;曹映泓;陈国虞;王礼立;;桥墩防撞装置的受力计算(湛江海湾大桥主桥墩柔性吸能防撞装置受力计算简介)[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2005年全国桥梁学术会议论文集[C];2005年

6 黄德进;姚小虎;王礼立;陈国虞;;新型桥墩防撞装置受撞过程的数值仿真研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年

7 陆宗林;王礼立;黄德进;张忠伟;陈国虞;;一种新型的柔性吸能防撞装置[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集[C];2004年

8 杨黎明;吕忠达;王礼立;陈国虞;陆宗林;;桥梁抗船撞柔性防护方法及实船撞击实验[A];第二十届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C];2012年

9 董新龙;周风华;郑维钰;李来则;段忠;周刚毅;杨黎明;;桥墩柔性防撞装置实船撞击过程的实验研究——装置及撞击力的测量与分析[A];第二十届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C];2012年

10 刘军;吕忠达;徐爱敏;周刚毅;杨黎明;;桥梁柔性防船撞装置设计的关键技术研究[A];第二十届全国桥梁学术会议论文集（下册）[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 记者 陈学桦邋实习生 齐昱珲;汽车防撞装置河南研发[N];河南日报;2008年

2 记者 周敏飞 张剑 通讯员 梁国强 陈小飞;大桥“防撞衣”世界首创[N];湛江日报;2007年

3 李鹤鸣邋陈佳南;广东湛江海湾大桥安装柔性防撞装置[N];中华建筑报;2007年

4 本报记者 张筱敏 许妍敏 通讯员 梁国强;湛江海湾大桥柔性吸能防撞装置属世界首创[N];广东建设报;2007年

5 黄刚 龚伟;世界首个桥墩柔性防撞装置“上岗”[N];中国船舶报;2007年

6 记者 陈佳南;江海桥墩有了新式“防护服”[N];中国船舶报;2007年

7 本报记者 吴晓斌;发明不少 应用不多 专利转化为啥“肠梗阻”[N];眉山日报;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 蔡斌斌;船舶—桥墩碰撞有限元数值仿真及桥墩防撞装置的研究[D];合肥工业大学;2015年

2 常冬潇;双壁钢围堰自旋浮筒桥墩防撞装置的设计和数值模拟[D];中国海洋大学;2015年

3 解素成;船桥碰撞动力学问题及桥墩防撞装置研究[D];西南交通大学;2016年

4 左玉强;船舶撞击桥墩有限元数值模拟及防撞装置设计研究[D];合肥工业大学;2016年

5 罗琳;船桥碰撞理论及猎德大桥防撞装置的性能研究[D];长沙理工大学;2008年

6 孙振;桥梁防船撞设施的比较研究[D];同济大学;2007年

7 王炜富;天车防撞装置的研发[D];大连工业大学;2013年

8 姜河蓉;船和桥墩防撞装置碰撞仿真模拟研究[D];武汉理工大学;2004年

9 李军;桥梁防撞设施的稳定性分析[D];武汉理工大学;2010年

10 杨柯;船桥碰撞理论及桥墩防护装置的研究[D];长沙理工大学;2010年

，

本文编号：545802