船桥碰撞动力学问题及桥墩防撞装置研究

发布时间：2017-08-30 03:20

  本文关键词：船桥碰撞动力学问题及桥墩防撞装置研究

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【摘要】：由于近年来我国跨江跨河大桥越来越多,而且船舶运输业的发展也比较迅速,船撞桥的事故也经常发生。据统计,因船舶撞击导致的各类桥梁垮塌事故占垮塌总数的第三位。虽然目前桥梁设计都满足通航净空要求,但由于种种不定因素的影响,仍会经常受到船舶撞击的威胁。因此,在进行桥梁结构设计之外,对桥梁进行专门的防撞设计研究十分必要。本文首先归纳国内外常用船桥碰撞力计算公式,总结影响撞击力的几个主要参数,然后采用有限元软件ANSYS建立桥墩和船舶的模型,并对建模过程中涉及到的材料模型的选取,边界条件的处理,模型的简化等进行说明并讨论其合理性。使用LS-DYNA进行船桥碰撞分析,研究撞击力和船舶质量及船舶速度的关系,最后通过分析不同速度下FRP防撞套箱的吸能效果,验证套箱对桥墩的保护作用。主要结论如下：(1)对于船桥碰撞分析,水体对船舶的影响,土体对桥墩的影响都不可忽略,本文选取0.04倍船舶质量作为附加质量来考虑水体的影响,经很多学者验证这样的简化能达到良好的效果。另外,为考虑土体的影响,本文对桩土接触模型和桩基嵌固模型分别进行仿真分析,计算结果表明考虑桩土效应是十分有必要的,计算结果更偏安全。(2)通过对船舶质量固定而撞击速度不同以及船舶速度固定但船舶质量不同等几种工况下船舶撞击桥墩的分析,结果表明撞击力和船舶速度近似成线性关系,撞击力和船舶质量的平方根近似成线性关系,验证了理论公式的合理性。(3)通过建立FRP防撞套箱模型,并进行四种不同工况的仿真分析,结果表明FRP防撞套箱吸能效果较好,可将撞击力降低75%以上,桥墩位移也有很大程度的降低,说明该套箱对桥墩有很好的保护作用。
【关键词】：船桥碰撞 仿真分析 撞击力 防撞装置
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.26;U447
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究的目的及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 船桥碰撞基本理论12-14
• 1.2.2 有限元数值计算14
• 1.2.3 桥墩防撞装置研究14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 船桥碰撞力计算公式及有限元方法介绍17-25
• 2.1 规范及经验公式17-21
• 2.1.1 Woisin公式17-18
• 2.1.2 AASHTO规范公式18
• 2.1.3 欧洲规范公式18
• 2.1.4 我国《铁路桥涵设计基本规范》公式18-19
• 2.1.5 我国《公路桥涵设计通用规范》取值19-20
• 2.1.6 陈诚公式20-21
• 2.2 有限元方法计算碰撞力21-25
• 2.2.1 有限元算法22-25
• 第3章 船桥模型的建立及桩土效应分析25-36
• 3.1 船舶模型的建立25-28
• 3.1.1 船舶尺寸的确定和材料本构关系25-27
• 3.1.2 船水耦合作用27-28
• 3.2 桥墩模型的建立28-29
• 3.2.1 混凝土材料本构模型28-29
• 3.2.2 桥墩模型的建立29
• 3.3 桩土效应分析29-35
• 3.3.1 桩基嵌固模型建立31
• 3.3.2 桩土接触模型建立31-33
• 3.3.3 有限元分析结果33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 船舶与桥墩碰撞有限元仿真分析36-44
• 4.1 船舶速度的影响36-40
• 4.1.1 不同速度下桥墩撞击力36-37
• 4.1.2 桥墩位移时程曲线37-39
• 4.1.3 桥墩应力云图39-40
• 4.2 船舶质量的影响40-43
• 4.2.1 不同质量桥墩撞击力40-42
• 4.2.2 不同质量桥墩位移时程曲线42-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 桥墩防撞装置有限元仿真分析44-62
• 5.1 桥墩防撞装置分类44-50
• 5.1.1 独立式防撞系统45-48
• 5.1.2 附着式防撞系统48-49
• 5.1.3 一体式防撞系统49-50
• 5.2 防撞装置模型的建立50-52
• 5.2.1 防撞套箱材料的选取51
• 5.2.2 防撞套箱模型的建立51-52
• 5.3 船舶与防撞装置碰撞仿真分析52-60
• 5.3.1 防撞套箱吸能效果52-53
• 5.3.2 碰撞面撞击力的变化53-55
• 5.3.3 桥墩位移的变化55-59
• 5.3.4 套箱应力云图和变形图59-60
• 5.4 防撞装置优化建议60-61
• 5.5 本章小结61-62
• 总结与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果69

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本文编号：756986