基于不同材料的蜂窝防船撞浮箱防撞性能研究

发布时间：2020-05-07 06:37

【摘要】：近年来,船撞事故发生得越来越多,已引起国内外专家学者的重视。防撞浮箱能够有效地减小船撞力从而保护桥墩安全。浮箱的形式多种多样,从原来弹模较大的钢式浮箱,到现在新崛起的小弹模柔性浮箱,可以说材料的发展与浮箱的防撞性能密切相关。FRP材料是柔性浮箱常用的一种材料,其轻质高强,弹模低的特点完全适用于防船撞浮箱材料。目前越来越多的国内外学者开始了浮箱防撞材料的深入研究。本文依托某桥FRP蜂窝防撞浮箱工程,通过有限元数值模拟碰撞过程,对比分析不同材料对蜂窝防船撞浮箱防撞性能的影响。本文主要完成内容如下:(1)完成了FRP蜂窝防撞浮箱材料基本力学试验(弯曲、拉伸、压缩、剪切),得到其弹性模量、强度等力学参数,为后面的计算提供数据参考。(2)采用MIDAS/Civil对桥墩进行抗力验算,通过试算得到临界抗力值。运用LS-DYNA软件建立精细化的防船撞模型,进行有限元仿真分析。依托工程FRP蜂窝防撞浮箱,分别对裸墩以及GFRP、CFRP、钢浮箱三种材料工况进行防船撞动力计算,对比得到GFRP材料浮箱防撞性能更好,对桥墩的保护作用更好,对船的损坏更小。(3)进一步分析单一材料参数如弹模、密度及塑性区对浮箱防撞性能的影响。得到该工程应用的蜂窝防撞浮箱,在弹性模量E=5GPa时防撞性能最佳。弹性模量越高,浮箱刚度增加,船舶减速效果越好,但对船的损害增大,耗能减少,传力效果明显,船撞力增大。弹性模量越低,减速缓冲效果越差,浮箱耗能减少,船撞力增大。所以选用合适的弹性模量才能使浮箱防撞性能最好。改变密度没有改变材料弹性模量对防撞浮箱的影响大,改变密度对浮箱防撞性能影响很小。塑性模量Ep越小,浮箱耗能越多,船撞力越小,船舶基本不变形,所以在理想弹塑性材料的条件下,浮箱防撞性能最好。而且要好于弹性状态下的浮箱。塑性模量越高,浮箱刚度增加,船舶减速效果越好,对船的损害增大,耗能减少,传力效果明显,船撞力增大。(4)分析破坏强度对浮箱防撞性能的影响。浮箱整体破坏强度无论越高还是越低,其船撞力都会增大,合适的材料破坏强度才能满足船撞力尽可能小的要求。在相同弹性模量的条件下,改变箱壳构件破坏强度对浮箱的影响幅度比改变柱壳构件的破坏强度要大,且箱壳构件抗压强度对浮箱防撞性能的影响程度大于抗拉强度的影响。
【图文】：

1980 年 5 月 9 日，在美国佛罗里达州有一艘载有 35000t 货物的轮船直撞上旧阳光大桥桥墩，导致大桥因撞击而垮塌，桥墩下的四根桩基础完全被毁，桥梁上部结构中三跨梁直接倒塌，事故造成 35 人死亡，事故照片见图 1- 1。993 年美国亚拉巴马州莫比尔一座横跨贝尤卡诺特的铁路大桥，由于大雾笼罩，只拖驳船队猛烈撞上了大桥，以致桥梁结构产生严重变形。正好遇上一列列车过，大桥瞬间崩塌，列车飞出，事故造成 47 人死亡，事故照片见图 1- 2。我国流众多，随着越来越多的跨河大桥修建，这也是船撞事故多发的地区。2007 年 月 15 日，一艘佛山籍运砂船因为脱离主航道行驶，于是撞上了广州九江大桥，次事故无形的导致桥面崩坏了 200 米，共造成 4500 万元人民币的经济损失，一造成 8 人死亡，事故照片见图 1- 3。2007 年 8 月 29 日，一艘货船为了避让其他只，不慎行驶撞上了江苏昆山大洋桥桥墩，导致桥面崩塌，2 人溺水死亡，事故片见图 1- 4。2013 年 5 月 12 日，万吨海轮碰擦南京长江大桥六孔与七孔之间的墩导致船头破损进水后沉没见图 1- 5。2016 年 3 月 22 日，一艘采沙船被洪水冲撞上江西省赣州绕城高速赣县南出口的义源大桥。采沙船被卡在桥下，造成桥受损见图 1- 6。

1980 年 5 月 9 日，在美国佛罗里达州有一艘载有 35000t 货物的轮船直撞上旧阳光大桥桥墩，导致大桥因撞击而垮塌，桥墩下的四根桩基础完全被毁，桥梁上部结构中三跨梁直接倒塌，事故造成 35 人死亡，事故照片见图 1- 1。993 年美国亚拉巴马州莫比尔一座横跨贝尤卡诺特的铁路大桥，由于大雾笼罩，只拖驳船队猛烈撞上了大桥，以致桥梁结构产生严重变形。正好遇上一列列车过，大桥瞬间崩塌，列车飞出，事故造成 47 人死亡，，事故照片见图 1- 2。我国流众多，随着越来越多的跨河大桥修建，这也是船撞事故多发的地区。2007 年 月 15 日，一艘佛山籍运砂船因为脱离主航道行驶，于是撞上了广州九江大桥，次事故无形的导致桥面崩坏了 200 米，共造成 4500 万元人民币的经济损失，一造成 8 人死亡，事故照片见图 1- 3。2007 年 8 月 29 日，一艘货船为了避让其他只，不慎行驶撞上了江苏昆山大洋桥桥墩，导致桥面崩塌，2 人溺水死亡，事故片见图 1- 4。2013 年 5 月 12 日，万吨海轮碰擦南京长江大桥六孔与七孔之间的墩导致船头破损进水后沉没见图 1- 5。2016 年 3 月 22 日，一艘采沙船被洪水冲撞上江西省赣州绕城高速赣县南出口的义源大桥。采沙船被卡在桥下，造成桥受损见图 1- 6。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.26

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本文编号：2652581