基于船舶等效模型的船桥碰撞试验研究

发布时间：2017-10-12 18:13

  本文关键词：基于船舶等效模型的船桥碰撞试验研究

  更多相关文章： 驳船 等效模型 数值分析 试验研究 动力响应

【摘要】：目前,国内大部分桥梁船撞的研究主要集中在近海区域散货船撞击桥墩结构的问题,而对于内河驳船撞击桥墩结构关注甚少。现有静力法难以反映驳船-桥墩两者相互作用间的动力特性,而精细化数值分析方法不能快速确定桥墩结构被驳船撞击后的动力响应问题。缩比例的模型试验因与原型之间相似性很难满足,而存在一定困难。本文以内河驳船为参考对象,建立基于驳船-桥墩相互作用的等效简化动力模型,以及研究基于驳船撞击桥墩的等效缩尺模型试验方法,实现利用简化动力分析方法和模型试验研究驳船撞击桥墩动力响应的目的。主要内容及结论如下:(1)以有限元法研究驳船撞击桥墩的动力响应。建立典型的500DWT内河驳船精细化有限元模型,分别撞击不同截面形状的刚性墩;同时开展不同船艏形状的驳船及散货船碰撞刚性墙,对撞击力时程曲线进行对比分析。结果表明:接触碰撞力与桥墩的撞击面形状相关,船艏接触刚度与船舶的船艏形状有关。(2)驳船撞击桥墩的等效简化动力分析方法的构建。以美国AASHTO桥梁船撞指南中规定的标准驳船为参照对象,通过对碰撞中的撞击力、能量转换和撞深等动力响应的分析,构建以质量-弹簧-阻尼体系模拟驳船-桥墩关系的等效模型,建立等效参数与碰撞双方特征参数的关系和取值规律,形成桥梁船撞的简化动力体系;同时建立与美国AASHTO规范中规定的标准驳船的有限元模型,验证等效驳船桥梁船撞简化动力体系的合理性和有效性。结果表明:构建的等效驳船简化动力分析计算结果与精细化数值分析结果很接近,并且计算效率显著提高。(3)驳船撞击桥墩的等效缩尺模型试验研究。最后基于简单相似理论开展简化的等效驳船-桥墩碰撞体系的碰撞模型试验,研究不同的接触刚度、桥墩截面形式及桥墩抗推刚度对试验墩动力响应的影响;并以试验工况为原型,建立有限元模型开展数值分析,验证数值模拟的正确性。结果表明:被撞试验墩的动力响应与等效驳船船艏刚度、桥墩的截面形式及桥墩的抗推刚度有关,构建的以试验工况为原型的数值分析结果与碰撞试验结果很接近,尤其是碰撞力。
【关键词】：驳船 等效模型 数值分析 试验研究 动力响应
【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】：U447;U676.1
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究的背景与意义9-10
• 1.2 桥梁船撞的国内外研究现状10-14
• 1.2.1 桥梁船撞的计算理论10
• 1.2.2 桥梁船撞的计算方法10-14
• 1.3 桥梁船撞的试验研究14-16
• 1.3.1 国外桥梁船撞的试验研究现状14-16
• 1.3.2 国内桥梁船撞的试验研究现状16
• 1.4 本文的主要研究内容16-18
• 1.5 本文的技术路线18-19
• 第二章 内河驳船撞击桥墩数值模拟研究19-36
• 2.1 驳船特性19-21
• 2.2 单元属性21
• 2.3 材料模型21-22
• 2.3.1 驳船材料模型21-22
• 2.3.2 被撞击体材料模型22
• 2.4 接触及摩擦系数定义22-23
• 2.5 500DWT驳船碰撞刚性墙的结果分析23-26
• 2.6 不同船艏结构船撞击力比较26-29
• 2.7 500DWT驳船撞击不同截面形式的桥墩29-34
• 2.7.1 500DWT驳船撞击矩形截面墩30-32
• 2.7.2 500DWT驳船撞击圆形截面墩32-34
• 2.8 本章小结34-36
• 第三章 等效驳船—桥墩碰撞体系的参数研究36-64
• 3.1 等效模型的基本思路与方程36-38
• 3.1.1 基本思路36-37
• 3.1.2 基本方程37-38
• 3.2 等效模型的参数取值研究38-44
• 3.2.1 弹簧刚度系数K取值研究38-42
• 3.2.2 阻尼系数C取值研究42-44
• 3.3 精细化驳船模型与等效模型对比分析44-53
• 3.3.1 未考虑阻尼影响的等效模型45-51
• 3.3.2 考虑阻尼影响的等效模型51-53
• 3.4 等效模型的参数修正研究53-62
• 3.4.1 弹簧刚度系数修正研究53-62
• 3.5 本章小结62-64
• 第四章 等效驳船与桥墩碰撞试验方案设计64-81
• 4.1 碰撞试验相似理论分析64-69
• 4.2 试验总体设计69-75
• 4.2.1 试验目的69-70
• 4.2.2 等效驳船模型设计70-71
• 4.2.3 桥墩模型设计71-73
• 4.2.4 桥墩底部固定设计73-74
• 4.2.5 试验装置设计74-75
• 4.3 试验桥墩模型的制作75-77
• 4.4 试验测试内容及布置77-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 等效驳船撞击桥墩模型试验结果及分析81-111
• 5.1 不同船艏弹簧组刚度撞击桥墩81-92
• 5.1.1 撞击力对比82-85
• 5.1.2 桥墩动位移响应分析85-90
• 5.1.3 桥墩加速度响应分析90-92
• 5.2 不同桥墩抗推刚度对撞击效应的影响92-100
• 5.2.1 撞击力比较93-96
• 5.2.2 动位移比较96-99
• 5.2.3 加速度比较99-100
• 5.3 试验结果与有限元计算结果对比100-109
• 5.3.1 有限元建模100-103
• 5.3.2 有限元计算结果分析103-109
• 5.4 本章小结109-111
• 第六章 结论及建议111-114
• 6.1 结论111-112
• 6.2 展望112-114
• 致谢114-115
• 参考文献115-119
• 攻读学位期间取得的研究成果119

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本文编号：1020209