基于FRP桥墩防撞浮箱碰撞过程精细化数值分析计算

发布时间：2017-08-29 08:26

  本文关键词：基于FRP桥墩防撞浮箱碰撞过程精细化数值分析计算

  更多相关文章： 船桥碰撞 FRP防撞浮箱 精细化 接触 流固耦合

【摘要】：目前,桥墩防撞设施由弹塑性材料的钢浮箱结构发展到黏弹性材料的柔性防撞设施,船桥碰撞理论也由最初的静力等效分析发展到以应力波传播与相互耦合为基础的冲击动力学分析。有限元数值分析计算也在船桥碰撞中得到广泛应用。本文依托黄花园嘉陵江大桥FRP桥墩防撞浮箱工程。采用显式动力有限元分析软件LS-DYNA对3号桥墩船桥碰撞过程进行了精细化数值分析。本文的核心工作包括有限元数值模拟的精细化和船桥碰撞过程的精细化分析。有限元数值模拟的精细化主要为几何网格、上部结构对桥墩约束、碰撞接触、沙漏控制、质量缩放等方面的参数控制,同时以双向流固耦合效应模拟浮箱内外流体的作用,并结合嘉陵江2m/s无偏航动水影响。碰撞过程的精细化则详细分析了碰撞过程中的能量变化(桥墩吸收的能量与浮箱的耗能)、受力变化(船头、浮箱、桥墩的应力情况以及桥墩承受的撞击力)、变形(船头、浮箱撞深以及墩顶位移)、速度变化以及船舶、浮箱碰撞过程中的受损情况。本文通过近半年计算分析工作得到以下结论:(1)能量方面,桥墩吸收的能量有浮箱保护的工况中大幅降低,降低比例超过87%,静水工况中降低最大为94.56%。浮箱耗能占船舶初始动能9MJ的74.0%-85.1%,以浮箱的变形内能为主,体现了FRP桥墩防撞浮箱具有优秀的耗能特性。(2)应力方面,无浮箱工况桥墩截面最大拉应力分别为21.13MPa、19.96MPa、24.07MPa,有浮箱保护的工况则为8.32MPa、5.18MPa、8.16MPa,减小比例为60.62%、74.05%、66.10%。桥墩截面最大压应力为25.12MPa。船头和浮箱均表现出明显的应力集中现象。(3)桥墩撞击力方面,无水、静水、动水裸墩碰撞工况中桥墩承受的撞击力为35.4MN、31.5MN、32.9MN,有浮箱碰撞工况中桥墩承受的撞击力为5.94MN、5.25MN、5.06MN,撞击力减小比例大于83%,小于桥墩实际抗力。(4)变形及位移方面,无浮箱工况下船头撞深均超过0.8m,而有浮箱工况下船头撞深为0.165m至0.289m,撞深减少比例为64.1%-80.2%。墩顶位移减少比例为64.4%-75.3%。(5)船头、浮箱损坏方面,无浮箱碰撞工况中船头损坏的体积比分别为15.09%、16.27%、14.91%,而有浮箱保护工况的船头损坏体积比降低至8.00%、2.13%、1.54%。FRP浮箱整体损坏体积比例较小,最大为11.88%,集中在柱壳1-1、箱壳顶底板、箱壳侧壁板、以及内衬柱壳构件上。(6)速度方面,桥墩的振荡速度在浮箱的保护下大幅减小。(7)静水、动水影响方面,除了动水碰撞工况桥墩吸收的总能量以及桥墩截面正应力小幅度增加外,静水和动水对于船桥碰撞过程中的变形、受力以及船舶、浮箱损坏比例均产生了有利影响。
【关键词】：船桥碰撞 FRP防撞浮箱 精细化 接触 流固耦合
【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】：U443.26
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 选题背景11
• 1.2 防撞理念与设施11-12
• 1.3 船桥碰撞数值分析计算发展历程12-13
• 1.4 本文主要研究工作13-15
• 第二章 FRP防撞浮箱的理论分析15-23
• 2.1 规范公式15
• 2.2 冲击动力学15-17
• 2.3 FRP防撞浮箱的材料柔性分析17
• 2.4 FRP防撞浮箱的材料选择17-19
• 2.5 FRP防撞浮箱结构形式分析19-22
• 2.5.1 能量守恒分析19-21
• 2.5.2 FRP防撞浮箱结构形式分析21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第三章 船桥碰撞有限元数值分析计算的关键控制参数23-61
• 3.1 接触理论23-28
• 3.1.1 引言23
• 3.1.2 基本概念23
• 3.1.3 接触算法23-24
• 3.1.4 接触类型24-28
• 3.2 流固耦合28-39
• 3.2.1 引言28-29
• 3.2.2 LS-DYNA流固耦合介绍29
• 3.2.3 Lagrangian、Eulerian、ALE算法29-30
• 3.2.4 ALE算法理论基础30-35
• 3.2.5 关键字35-39
• 3.3 沙漏39-46
• 3.3.1 引言39-40
• 3.3.2 LS-DYNA控制方法40-41
• 3.3.3 *CONTROL_HOURGLASS和*HOURGLASS沙漏控制41-46
• 3.3.4 结论分析46
• 3.4 上部结构约束46-58
• 3.4.1 引言46-47
• 3.4.2 工程概况47-48
• 3.4.3 船舶碰撞桥墩力学模型48
• 3.4.4 全桥有限元试算48-50
• 3.4.5 自由墩有限元试算50-52
• 3.4.6 结构力学力法求解52-53
• 3.4.7 结果代入有限元53-55
• 3.4.8 水平刚度有限元等代换算55-58
• 3.4.9 结论58
• 3.5 质量缩放58-60
• 3.5.1 LS-DYNA计算时间步和质量缩放58-60
• 3.5.2 LS-DYNA混合时间积分（子循环）60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 有限元建模的精细化61-79
• 4.1 引言61
• 4.2 研究背景61-66
• 4.3 有限元建模66-78
• 4.3.1 几何与网格66-69
• 4.3.2 材料69-70
• 4.3.3 相互作用关系（接触与流固耦合）70-76
• 4.3.4 约束（桥墩上部结构约束、墩底约束）76-77
• 4.3.5 其他参数设置77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 碰撞过程的精细化数值分析计算79-124
• 5.1 引言79
• 5.2 无水碰撞工况79-92
• 5.2.1 无水裸墩碰撞79-84
• 5.2.2 无水浮箱碰撞84-92
• 5.3 静水碰撞工况92-104
• 5.3.1 静水裸墩碰撞92-97
• 5.3.2 静水浮箱碰撞97-104
• 5.4 动水碰撞工况104-118
• 5.4.1 动水对桥墩的影响104-105
• 5.4.2 动水对桥墩、浮箱的影响105-108
• 5.4.3 动水裸墩碰撞108-112
• 5.4.4 动水浮箱碰撞112-118
• 5.5 对比分析工况118-123
• 5.6 本章小结123-124
• 第六章 结论与展望124-126
• 6.1 本文完成的主要工作与结论124-125
• 6.2 本课题研究的展望125-126
• 致谢126-127
• 参考文献127-130
• 在读期间发表的论文及科研成果130

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 史宣琳;张新强;;我国浮箱发展概况及应用[J];黑龙江交通科技;2008年12期

2 薛楚书;;浮箱基础[J];港工技术通讯;1975年04期

3 王中林;摇摆控制式浮箱防波堤[J];水运工程;1980年09期

4 陆渝生;蔡传国;;浮箱销连接强度的试验研究[J];工程兵工程学院学报;1989年02期

5 王景全;陈定华;;海运后勤的登滩保障系统与浮箱工程[J];工程兵工程学院学报;1991年04期

6 张双喜;多功能的装配式浮箱[J];中国水运;1996年02期

7 吴广怀,孙芦忠,沈庆,刘艇;有限条法在混凝土浮箱桥结构分析中的应用[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2000年03期

8 颜士成;;工程浮箱研制和应用[J];铁道建筑技术;2006年05期

9 史宣琳;岳才林;陈兴兰;;国外浮箱的发展现状及展望[J];国防交通工程与技术;2008年06期

10 陈宝林;严建国;戴小平;孙芦忠;;浮箱结构工程的应用与发展[J];科技创新导报;2008年13期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 吴广怀;沈庆;孙芦忠;;混凝土浮箱桥结构静力分析方法[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年

2 翟高进;谢云平;薛云;;浮箱载船下水总纵强度分析[A];第四届全国船舶与海洋工程学术会议论文集[C];2009年

3 夏鹏翎;赵志勋;;浮箱链轨式沼泽运载车底盘设计及应用探讨[A];2004年石油装备年会暨庆祝江汉机械研究所建所40周年学术研讨会论文集[C];2004年

4 张延昌;谢云平;翟高进;胡礼明;;浮箱载船下水总纵强度分析[A];七届更迭 三十回眸——第七届船舶力学学术委员会全体会议论文集[C];2010年

5 谢凯;;三峡永久船闸浮箱施工监理实践[A];船闸科技2002-2005年度优秀论文集[C];2006年

6 林江;;关于船闸闸门浮箱问题的思考[A];船闸科技2002-2005年度优秀论文集[C];2006年

7 林江;;关于船闸闸门浮箱问题的思考[A];中国航海学会船闸专业委员会二届二次年会论文交流论文汇编[C];2005年

8 王丹;В.Н.特里亚斯金;Ю.А.斯米尔诺夫;;基于俄罗斯浮船坞规范的浮船坞改造[A];第四届全国船舶与海洋工程学术会议论文集[C];2009年

9 李建华;刘凡柏;王朝建;;“盐湖探险一号”钻机的研制及西藏无人区科学考察[A];岩土钻掘技术在资源、环境和工程建设中的应用与发展学术论文集[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报整理;饶河 浮箱固冰通道建设进展顺利[N];中俄经贸时报;2009年

2 记者 吴珊;中俄浮箱固冰通道项目投资企业会谈在我市举行[N];黑河日报;2010年

3 记者 吴珊;中俄交通主管部门就黑龙江大桥及浮箱固冰通道项目举行工作会谈[N];黑河日报;2011年

4 闫春虎;中俄界江固冰浮箱式通道开建 同江口岸冰上过货期将延长[N];中国国门时报;2007年

5 丁友 王树林;首条中俄界江浮箱固冰通道年底开通[N];黑龙江经济报;2008年

6 王立峰 记者 刘发奎;中俄浮箱固冰通道已开通运营[N];佳木斯日报;2008年

7 王云波;多样化的“健身乐”[N];中国老年报;2003年

8 桑树　记者 潘帝同;同江至俄下列港浮箱固冰通道开始铺设[N];佳木斯日报;2009年

9 记者 吴珊;黑河-布市浮箱固冰通道铺设位置确定[N];黑河日报;2010年

10 刘发奎　张浩 记者 孙丹秋;中俄浮箱固冰通道再次开通[N];黑龙江经济报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 董华洋;浮箱—水平板式浮防波堤水动力特性研究[D];大连理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郑博文;FRP桥墩柔性防撞浮箱燕尾槽连接结构行为研究[D];重庆交通大学;2016年

2 杨继;基于FRP桥墩防撞浮箱碰撞过程精细化数值分析计算[D];重庆交通大学;2016年

3 高瑞宏;深水桩基础施工平台专用钢浮箱设计理论与方法及其工程应用[D];湘潭大学;2013年

4 黎凡;高性能混凝土浮箱的市场现状和前景研究[D];华南理工大学;2014年

5 刘钊;基于NAPA的载船浮箱安全评估系统研究[D];江苏科技大学;2011年

6 袁盛良;浮箱式防波堤水动力特性试验研究[D];长沙理工大学;2012年

7 潘敏;浮箱载船下水软件的设计与应用[D];上海交通大学;2012年

8 陆彦;大型浮箱门在动水中的稳定性分析及试验研究[D];河海大学;2002年

9 刘玉龙;波浪中浮箱运动与三维液舱晃荡的耦合研究[D];大连理工大学;2014年

10 张润华;抬船浮箱下水受力分析及研究[D];上海交通大学;2010年

，

本文编号：752297