洪水漂浮物冲击作用下桥梁结构动力响应研究

发布时间：2017-08-23 22:21

  本文关键词：洪水漂浮物冲击作用下桥梁结构动力响应研究

  更多相关文章： 漂浮物 T型梁桥 碰撞力 动力响应 数值模拟

【摘要】：一直以来洪水以及海啸等水灾害对已经建成的道路、桥梁、码头等基础设施及近岸结构物经常造成严重破坏,人们一直关注如何减轻或者避免这些自然灾害带来的影响。桥梁是在交通体系中具有咽喉作用的关键环节,分布在广大农村公路上的中小跨径公路桥梁占据了一半数量,它们对所在地区的日常生活和经济发展起着更加重要的作用,却很少被关注。在研究水灾引起的工程破坏时还应该认识到在水体夹带的大量漂浮物会对桥梁有巨大的冲击作用。碍于实验条件的限制,目前在漂浮物撞击方面的研究并不多见。计算机技术的发展使得有限元仿真在工程问题研究中越来越成为行之有效的方法。本文针对村镇中小型桥梁,研究了洪水引起的漂浮物对桥梁的冲击问题。主要研究内容如下:(1)总结归纳了水毁灾害及其带来的漂浮物对桥梁结构的影响。阐述了已有的碰撞理论和研究方法,对比了现有规范中给出的经验公式。对使用有限元软件进行建模时的关键技术和主要参数设置进行了阐述。(2)采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对T型梁桥模型进行整体式建模。选取圆木与小船作为典型漂浮物,建立碰撞系统模型。设置多种工况对系统的动力响应进行数值计算与分析。从能量角度分析碰撞过程中的能量变化时程,对漂浮物撞击桥梁时的能量转化与传递进行了分析。分析不同工况下得到的碰撞力时程曲线,对碰撞力峰值和漂浮物质量、速度之间的关系进行了探。(3)通过对计算结果的后处理,分析了桥梁结构的动力响应过程及特点、桥梁结构遭受撞击作用后的应力发展与传递,以及桥梁各部位的位移变化情况。分析了多种工况下的结构动力响应,研究了桥梁结构动力响应与各因素之间的影响规律。
【关键词】：漂浮物 T型梁桥 碰撞力 动力响应 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 研究课题来源10-11
• 1.3 国内外研究现状11-18
• 1.3.1 水毁桥梁研究现状11-13
• 1.3.2 海啸波浪及其漂浮物作用研究现状13-15
• 1.3.3 船舶撞击桥梁作用研究现状15-17
• 1.3.4 其它相关研究以及现有研究的不足17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第2章 碰撞机理与有限元模型19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 碰撞机理研究19-28
• 2.2.1 现有碰撞理论19-22
• 2.2.2 碰撞力计算方法与经验公式22-27
• 2.2.3 碰撞中的附加质量问题27-28
• 2.3 非线性有限元模型关键技术28-36
• 2.3.1 有限元软件ANSYS/LS-DYNA29-30
• 2.3.2 单元类型与材料本构的选取30-33
• 2.3.3 接触分析33-34
• 2.3.4 沙漏能与时间步长控制34-36
• 2.4 碰撞系统有限元模型36-38
• 2.4.1 桥梁结构有限元模型36-37
• 2.4.2 漂浮物有限元模型37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 漂浮物作用下桥梁碰撞仿真分析39-52
• 3.0 引言39
• 3.1 桥梁结构模态分析39-41
• 3.2 碰撞时程分析41-46
• 3.2.1 能量变化41-44
• 3.2.2 碰撞力时程44-46
• 3.3 碰撞力影响因素46-50
• 3.3.1 漂浮物质量与碰撞力关系46-48
• 3.3.2 漂浮物速度与碰撞力关系48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 漂浮物作用下桥梁结构响应分析52-68
• 4.1 引言52
• 4.2 结构应力响应52-60
• 4.2.1 圆木撞击上部结构52-54
• 4.2.2 圆木撞击桥墩54-56
• 4.2.3 应力分析56-60
• 4.3 结构位移响应60-67
• 4.3.1 圆木撞击上部结构60-62
• 4.3.2 圆木撞击桥墩62-64
• 4.3.3 位移分析64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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