新型橋墩防船撞裝置的性能研究.pdf

1、隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的迅猛發(fā)展，愈來愈多的跨江、跨河、跨海大跨橋梁已投入使用或正在修建之中。許多橋梁位于重要的航道上，因而被航行的船舶撞擊的事故時(shí)常有發(fā)生，這對(duì)橋梁的安全運(yùn)營和使用壽命將產(chǎn)生不利影響，甚至留下災(zāi)難性的事故隱患。因此在橋墩上設(shè)置防撞裝置以降低船舶撞擊力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的直接損害是一種行之有效的方法。
　　船舶與橋墩防撞裝置系統(tǒng)碰撞是整個(gè)結(jié)構(gòu)在很短的時(shí)間內(nèi)、在巨大撞擊荷載作用下的一種復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，不僅涉及到船舶自身的

2、運(yùn)動(dòng)及變形，還包括了橋墩及防撞裝置的位移及變形。撞擊過程中存在著大量的非線性現(xiàn)象，例如幾何非線性、材料非線性、接觸非線性等。在碰撞過程中，船舶、防撞裝置、橋墩的彈塑性變形、失效和船體剛體運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生，相互影響。就船—橋碰撞問題的復(fù)雜性而言，難以通過建立一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來得到解析解。因此利用動(dòng)態(tài)有限元軟件數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)相結(jié)合來研究船橋碰撞的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)就成為一條可行的途徑。不僅能為預(yù)估防撞裝置的消能效果，而且還能為防撞裝置的設(shè)計(jì)和改

3、進(jìn)提供理論依據(jù)。
　　本文在總結(jié)已有的船橋碰撞研究成果、探討船橋碰撞機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合重慶市黃花園嘉陵江大橋橋墩防撞設(shè)計(jì)工程，提出一種新型的橋墩防船撞裝置—FRP防撞浮箱。采用顯式瞬態(tài)非線性有限元技術(shù)，用ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)一艘載重量為2000t級(jí)的散貨船以3m/s的速度與帶有FRP防撞浮箱的橋墩正撞和斜撞的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，研究防撞浮箱的防撞性能。本文主要研究工作如下:
　?、倏偨Y(jié)和歸納國內(nèi)外船橋

4、碰撞力學(xué)機(jī)理的發(fā)展歷程和研究概況;概述國內(nèi)外橋梁防船撞的研究方法;分析船—船碰撞和船—橋碰撞試驗(yàn)的研究進(jìn)度，進(jìn)而為本文的研究工作奠定理論基礎(chǔ)。
　　②討論船橋碰撞數(shù)值模擬中所涉及到的基本理論和關(guān)鍵技術(shù);介紹有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA和后處理軟件LS-PREPOST;分別對(duì)接觸-碰撞、沙漏控制及LS-DYNA縮短計(jì)算時(shí)間的方法等作了專題研究。
　?、劢Y(jié)合重慶市黃花園嘉陵江大橋橋墩防撞設(shè)計(jì)工程，介紹了一種新型的橋墩

5、防船撞裝置—FRP防撞浮箱;采用顯式瞬態(tài)非線性有限元分析技術(shù)對(duì)一艘載重量為2000t級(jí)的散貨船以3m/s的速度與帶有FRP防撞浮箱的橋墩正撞和斜撞的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，碰撞的整個(gè)時(shí)間歷程得以全面的模擬實(shí)現(xiàn);分析了碰撞系統(tǒng)的撞擊能量、撞擊力、船舶撞深及速度、FRP防撞浮箱受撞區(qū)的位移、船舶與FRP防撞浮箱的結(jié)構(gòu)損傷及變形等情況。數(shù)值模擬結(jié)果顯示FRP防撞浮箱最大吸收了船舶52％的撞擊動(dòng)能，起到了一定的防撞消能保護(hù)橋墩的作用。<

6、br>　　④對(duì)船舶與帶有FRP防撞浮箱的橋墩碰撞的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬分析，研究了船舶撞擊速度、船舶質(zhì)量、船舶撞擊角度等三個(gè)主要因素與橋梁船撞力的關(guān)系，得出船撞力的峰值和船舶撞擊速度之間呈現(xiàn)線性關(guān)系，與船舶質(zhì)量的平方根呈現(xiàn)線性關(guān)系，而船舶撞擊力的峰值與船舶撞擊角度之間沒有呈現(xiàn)一定的規(guī)律，因此還需要更深一步的研究。
　　⑤論述防撞裝置物理模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理;依據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)的相似條件對(duì)重慶黃花園嘉陵江大橋橋墩FR