橋梁防撞設(shè)施的穩(wěn)定性分析.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大量新型、高強(qiáng)度的輕型超薄結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于國(guó)防及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，這類諸如桿、板、殼等輕型元件在各類載荷作用下的穩(wěn)定問題引起了人們的極大關(guān)注。如今隨著船橋碰撞事故的增加，為保護(hù)橋墩而設(shè)置的橋梁防撞設(shè)施也應(yīng)運(yùn)而生，于是類似于船體梁的鋼質(zhì)橋梁防撞裝置的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題也顯得閂趨重要。
　　 船-防撞裝置的碰撞是一種復(fù)雜、短時(shí)、高度非線性的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。碰撞中不確定的因素非常之多，基本上無法利用數(shù)

2、學(xué)工具建立精確模型從而使得碰撞問題得到完全解。隨著非線性有限元技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)硬件水平的不斷提高，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真碰撞的方法也成為一個(gè)解決此類問題的有效途徑。
　　 本文以結(jié)構(gòu)動(dòng)力屈曲為切入點(diǎn)，闡述了基本結(jié)構(gòu)元件的動(dòng)力屈曲理論，動(dòng)力學(xué)非線性有限元理論，在對(duì)計(jì)算機(jī)仿真模擬碰撞技術(shù)的研究和探討的基礎(chǔ)上，利用大型通用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA模擬了一艘5000噸級(jí)貨船與天興洲大橋某橋墩鋼質(zhì)防撞裝置碰撞過程，分析碰撞中

3、結(jié)構(gòu)各構(gòu)件出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)屈曲現(xiàn)象和構(gòu)件吸能特性，給出對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的改進(jìn)意見。全文主要研究工作如下：
　　 ⑴回顧了結(jié)構(gòu)動(dòng)力屈曲發(fā)展概況，闡述了板梁組合結(jié)構(gòu)中桿和板的動(dòng)力屈曲理論。
　　 ⑵討論了有限元數(shù)值仿真中涉及到的基本理論和關(guān)鍵技術(shù)，闡述了顯式有限元的基本控制方程；研究顯式積分算法的基本過程和時(shí)間步長(zhǎng)的控制；考察常用非線性顯式單元在各種應(yīng)用場(chǎng)合的適用性；闡述了在劇烈沖擊下金屬材料的動(dòng)力特性及本構(gòu)模型；分析接觸界面的主要

4、算法并討論了摩擦力的計(jì)算。
　　 ⑶利用前述數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)天興洲大橋防撞裝置在受劇烈船撞下各個(gè)構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)特性進(jìn)行了模擬研究，仿真計(jì)算中考慮材料應(yīng)變率敏感及摩擦力影響，并在此基礎(chǔ)上考察碰撞中可變參數(shù)的改變對(duì)結(jié)果的影響。
　　 ⑷依據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析防撞裝置的不足之處，提出改進(jìn)意見，利用ANSYS/LS-DYNA對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)再進(jìn)行仿真分析，討論結(jié)構(gòu)形式的變化對(duì)防撞裝置防撞性能的影響，給出提高結(jié)構(gòu)耐撞性、改善結(jié)構(gòu)吸能效果的