FRP桥墩柔性防撞浮箱燕尾槽连接结构行为研究

发布时间：2017-04-30 13:10

  本文关键词：FRP桥墩柔性防撞浮箱燕尾槽连接结构行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来,关于桥梁船撞安全问题已经引起设计者们和社会公众的广泛关注,各式各样的桥墩防撞浮箱相继出现在了实际工程当中。虽然桥墩防撞浮箱使用的材料和结构形式都能够对桥墩产生很大保护效果,但为了浮箱便于安装施工,有必要对浮箱进行分块设计后再拼装。这样不仅使得安装运输方便,还方便防撞装置后期的保养和维修。这就需要浮箱箱块之间的连接构造不仅在强度方面需要达到设计要求,而且要在变形耗能和后期维护方面达到经济合理的效果。因此,本文以重庆嘉陵江黄花园大桥桥墩FRP柔性防撞浮箱为工程背景,以FRP浮箱燕尾槽连接构造为对象,采用节段物理试验和有限元数值模拟相结合的方法,对FRP防撞浮箱燕尾槽连接结构进行受力行为研究。本文的主要研究内容如下:(1)对现有常用柔性防撞浮箱的结构形式及其特点有一定初步了解,提出了防撞浮箱连接结构对整体结构的重要影响,并介绍复合材料的主要连接方式以及分析相应连接方式的优、缺点和破坏方式。(2)完成了FRP防撞浮箱燕尾榫槽结构材料的基本力学性能试验,测试了FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接的节段材料的抗拉强度和拉伸弹性模量、抗压强度和压缩模量、抗弯强度和弯曲模量以及抗剪强度等基本力学性能参数。(3)为了分析FRP桥墩柔性防撞浮箱燕尾榫槽连接在拉伸、压缩和剪切作用下的受力情况设计了试验方案并进行了试验,试验得出了无论是拉伸、压缩还是剪切受力,都表现出了结构接触部位拐弯点应力最大,破坏形式基本上都是在转角部位发生材料破坏或者连接失效破坏。(4)在进行静力实验的同时,采用有限元非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对燕尾榫槽连接进行动力数值模拟分析,数值计算结果表明:对比燕尾槽和燕尾榫的各个特征部位的应力大小发现,在五种加载工况下,同一时刻出现应力最大的部位均是在接触部位转角处。其中还对拉伸、压缩和剪切试验进行了静力分析,并与试验数据进行了对比,得出了与试验结果一致的结论,但在具体值的大小方面还有一定误差,主要原因是真实试验时候很难控制燕尾榫和燕尾槽之间预留了相应的间隙,另外,研究中采用线弹性材料模拟FRP复合材料可能与实际材料性能不符,对浮箱燕尾槽连接结构的计算结果可能有一定影响。(5)本次模拟试验还发现了薄壁结构在动力作用时候出现了振动效应,结构加速度变化较大,计算结果中应力和位移因荷载的增加形成了递增振幅振动曲线。除此之外,数值模拟分析还得出了燕尾榫槽连接在受到动力荷载下通过自身变形把大部分能量转化为变形势能,在拉伸和压缩的情况下增加水平剪力能够加速结构材料强度破坏和接触部位间距的增大。
【关键词】：防撞浮箱 燕尾榫槽连接 静力试验 有限元模拟 应力分布
【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】：U443.22
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 桥梁防撞的研究意义和必要性10-11
• 1.2 国内外船撞桥事故11-13
• 1.3 桥梁防撞装置研究概况13-17
• 1.3.1 桥墩防撞装置的分类及结构形式13-14
• 1.3.2 常用柔性防撞浮箱装置14-15
• 1.3.3 新材料柔性防撞形式研究15-17
• 1.4 复合材料的连接方式17-19
• 1.4.1 连接与连接的重要性17
• 1.4.2 复合材料常用连接方法17-19
• 1.5 本文主要研究工作19-21
• 第二章 FRP复合材料基本力学实验21-33
• 2.1 FRP复合材料简介21
• 2.2 FRP材料的特点21-23
• 2.3 FRP材料基本力学性能试验方案设计23-32
• 2.3.1 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接材料拉伸性能试验23-25
• 2.3.2 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接材料压缩性能试验25-27
• 2.3.3 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接材料弯曲性能试验27-30
• 2.3.4 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接材料剪切性能试验30-32
• 2.3.5 实验结论32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接的结构试验33-50
• 3.1 试验概况33
• 3.2 试验目的33-34
• 3.3 试验内容34
• 3.4 试验方法34-35
• 3.5 FRP防撞浮箱连接构件试验装置与模型设计35-39
• 3.5.1 拉伸试验方案35-36
• 3.5.2 压缩试验方案36-37
• 3.5.3 剪切试验方案37-39
• 3.6 测试内容与测试方法39-40
• 3.6.1 测试内容39-40
• 3.6.2 测试方法40
• 3.7 试验构件加载方法40-41
• 3.8 试验设备41
• 3.9 FRP防撞浮箱燕尾榫槽连接结构试验结果与分析41-49
• 3.9.1 拉伸试验结果与分析41-44
• 3.9.2 压缩试验结果与分析44-46
• 3.9.3 剪切试验结果与分析46-49
• 3.10 本章小结49-50
• 第四章 燕尾榫槽连接的有限元数值模拟分析50-79
• 4.1 非线性有限元数值模拟分析50-54
• 4.1.1 有限元模拟分析50
• 4.1.2 ANSYS/LS-DYNA简介50
• 4.1.3 显示时间积分和隐式时间积分50-51
• 4.1.4 单点积分和全积分51-52
• 4.1.5 接触算法52-53
• 4.1.6 沙漏控制53-54
• 4.2 数值模拟建模54-57
• 4.2.1 数值模拟模型54-56
• 4.2.2 边界条件与荷载56
• 4.2.3 接触与沙漏控制56-57
• 4.2.4 数值模型工况介绍57
• 4.3 动态数值模拟结果57-74
• 4.3.1 拉伸工况的仿真结果及其分析58-62
• 4.3.2 压缩工况的仿真结果及其分析62-65
• 4.3.3 剪切工况的仿真结果及其分析65-68
• 4.3.4 拉伸、剪切工况的仿真结果及其分析68-71
• 4.3.5 压缩、剪切工况的仿真结果及其分析71-74
• 4.4 静态数值模拟结果及与试验结果对比分析74-78
• 4.4.1 拉伸试验数值模拟结果与试验结果对比74-76
• 4.4.2 压缩试验数值模拟结果与试验结果对比76-77
• 4.4.3 剪切试验数值模拟结果与试验结果对比77-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 本文完成的主要研究工作与结论79-80
• 5.2 本课题研究的展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 在读期间发表的论文及科研成果85

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本文编号：336905