转筒式防撞设施防船撞性能研究

发布时间：2020-06-01 23:25

【摘要】：在桥区水位较高情况下拱桥主拱圈存在被船舶等漂流物撞击的风险。拱桥主拱圈结构抗力较小、构造形式较特殊,无法采用一体式防船撞系统对其进行防撞保护。本文基于这样一个工程背景之下,针对拱桥这种独特的结构形式提出了独立式防船撞系统的防护方案。对独立式防船撞系统中的套箱形式、导向柱材料选择及截面布置形式进行了设计,最后基于数值仿真的方法,采用有限元分析软件LS-DYNA对该防船撞设施进行了性能优化。本文主要完成的研究工作如下所示:(1)采用Midas Civil和Ucfyber软件计算了2.5m桩径的钢管混凝土桩和钢筋混凝土桩的极限抗弯承载力及三角形和四边形截面布置形式导向柱的结构抗力。计算得到:钢管混凝土桩比钢筋混凝土桩有更高的抗弯承载力;三角形截面布置形式导向柱的结构抗力为29.5MN,四边形截面布置形式导向柱的结构抗力为42.1MN,均满足防船撞抗力要求。综合考虑,最终确定独立式防船撞系统中导向柱的材料类型为钢管混凝土,截面布置形式为三角形。(2)采用有限元分析软件LS-DYNA对三种材料形式的防撞套箱进行了数值仿真分析。设置了3000DWT、2000DWT、1000DWT吨位的船舶以4m/s、3m/s、2m/s的速度分别正撞、15°斜撞、30°斜撞三种材料形式防撞套箱的计算工况。数值仿真分析结果显示:复合材料套箱的最大船撞力折减率为52.7%,钢-复合材料套箱的最大船撞力折减率为39.8%,钢套箱的最大船撞力折减率为22.6%。此外,钢套箱和钢-复合材料套箱自身损伤较小,而复合材料套箱基本被压溃。综合考虑三种套箱的船撞力折减率、船艏和套箱的损伤程度,最终确定钢-复合材料套箱作为独立式防船撞系统中的套箱形式。(3)基于数值仿真分析的方法对钢-复合材料套箱进行性能优化。通过改变套箱内部的加劲肋间距、板材厚度设置不同的计算工况进行数值仿真分析。最终确定套箱内部竖向加劲板的布置间距为0.8m、横向加劲板的布置间距为0.8m、各板材的厚度为8mm。该布置形式下套箱的总吸能为11.6MJ,吸能比为33.1%,各板材的吸能较平均。最大船撞力为9.8MN,最大船撞力折减率为47.3%。套箱损伤变形为1.42m,防船撞性能最优。(4)改变钢-复合材料套箱中钢结构层和复合材料护舷层的厚度比例,设置了六种比例形式的套箱。数值仿真分析得到护舷厚度为1.5m时,船撞力折减率为48.9%,套箱变形为1.27m,套箱的总造价为185万元,布置形式最为合理。
【图文】：

1.2.1 国外船撞事故国外发生的船撞事故较多，根据 PIANC 第 19 工作组的工作报告显示，仅在1960 年至 1996 年期间，世界上共计发生过 51 起经济损失超过 10 万美元的船撞事故，其中北美发生过 22 起，欧洲地区发生过 21 起，除此之外的其他地区共计发生 8 起[2]。另据资料统计发现，美国内河仅在 1970 年至 1974 年四年时间里，共计发生过 811 起船撞事故，经济损失巨大，共计约 2300 万美元[3]。下面是统计到的一些重大船撞桥事故案例。1980 年，位于美国佛罗里达州坦渤海湾的阳光大桥被一艘 35000DWT 压舱散装船撞击，造成主梁三跨垮塌，35 人死亡，直接经济损失 3000 多万美金[4]。事故原因是当时天气恶劣再加上导航员的错误导航，导致该船偏离航道撞到阳光大桥桥墩上。这是世界船撞事故中损失最为惨重的一次事故。图 1-1 为阳光大桥被撞击的现场图片。1981 年 1 月，一艘数千吨的荷兰货轮碰撞瑞典的阿尔莫桥钢管拱基座，导致钢管拱倒塌，上部结构坍落在货轮上，事故造成 10 人死亡[4]。图 1-2 为被撞毁的阿尔莫桥图片。

1.2.1 国外船撞事故国外发生的船撞事故较多，根据 PIANC 第 19 工作组的工作报告显示，仅在1960 年至 1996 年期间，世界上共计发生过 51 起经济损失超过 10 万美元的船撞事故，其中北美发生过 22 起，欧洲地区发生过 21 起，除此之外的其他地区共计发生 8 起[2]。另据资料统计发现，美国内河仅在 1970 年至 1974 年四年时间里，共计发生过 811 起船撞事故，经济损失巨大，共计约 2300 万美元[3]。下面是统计到的一些重大船撞桥事故案例。1980 年，位于美国佛罗里达州坦渤海湾的阳光大桥被一艘 35000DWT 压舱散装船撞击，造成主梁三跨垮塌，35 人死亡，直接经济损失 3000 多万美金[4]。事故原因是当时天气恶劣再加上导航员的错误导航，，导致该船偏离航道撞到阳光大桥桥墩上。这是世界船撞事故中损失最为惨重的一次事故。图 1-1 为阳光大桥被撞击的现场图片。1981 年 1 月，一艘数千吨的荷兰货轮碰撞瑞典的阿尔莫桥钢管拱基座，导致钢管拱倒塌，上部结构坍落在货轮上，事故造成 10 人死亡[4]。图 1-2 为被撞毁的阿尔莫桥图片。
【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

【参考文献】

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本文编号：2692229