【摘要】：近年來,船撞事故發(fā)生得越來越多,已引起國內(nèi)外專家學(xué)者的重視。防撞浮箱能夠有效地減小船撞力從而保護(hù)橋墩安全。浮箱的形式多種多樣,從原來彈模較大的鋼式浮箱,到現(xiàn)在新崛起的小彈模柔性浮箱,可以說材料的發(fā)展與浮箱的防撞性能密切相關(guān)。FRP材料是柔性浮箱常用的一種材料,其輕質(zhì)高強(qiáng),彈模低的特點(diǎn)完全適用于防船撞浮箱材料。目前越來越多的國內(nèi)外學(xué)者開始了浮箱防撞材料的深入研究。本文依托某橋FRP蜂窩防撞浮箱工程,通過有限元數(shù)值模擬碰撞過程,對比分析不同材料對蜂窩防船撞浮箱防撞性能的影響。本文主要完成內(nèi)容如下:(1)完成了FRP蜂窩防撞浮箱材料基本力學(xué)試驗(彎曲、拉伸、壓縮、剪切),得到其彈性模量、強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù),為后面的計算提供數(shù)據(jù)參考。(2)采用MIDAS/Civil對橋墩進(jìn)行抗力驗算,通過試算得到臨界抗力值。運(yùn)用LS-DYNA軟件建立精細(xì)化的防船撞模型,進(jìn)行有限元仿真分析。依托工程FRP蜂窩防撞浮箱,分別對裸墩以及GFRP、CFRP、鋼浮箱三種材料工況進(jìn)行防船撞動力計算,對比得到GFRP材料浮箱防撞性能更好,對橋墩的保護(hù)作用更好,對船的損壞更小。(3)進(jìn)一步分析單一材料參數(shù)如彈模、密度及塑性區(qū)對浮箱防撞性能的影響。得到該工程應(yīng)用的蜂窩防撞浮箱,在彈性模量E=5GPa時防撞性能最佳。彈性模量越高,浮箱剛度增加,船舶減速效果越好,但對船的損害增大,耗能減少,傳力效果明顯,船撞力增大。彈性模量越低,減速緩沖效果越差,浮箱耗能減少,船撞力增大。所以選用合適的彈性模量才能使浮箱防撞性能最好。改變密度沒有改變材料彈性模量對防撞浮箱的影響大,改變密度對浮箱防撞性能影響很小。塑性模量Ep越小,浮箱耗能越多,船撞力越小,船舶基本不變形,所以在理想彈塑性材料的條件下,浮箱防撞性能最好。而且要好于彈性狀態(tài)下的浮箱。塑性模量越高,浮箱剛度增加,船舶減速效果越好,對船的損害增大,耗能減少,傳力效果明顯,船撞力增大。(4)分析破壞強(qiáng)度對浮箱防撞性能的影響。浮箱整體破壞強(qiáng)度無論越高還是越低,其船撞力都會增大,合適的材料破壞強(qiáng)度才能滿足船撞力盡可能小的要求。在相同彈性模量的條件下,改變箱殼構(gòu)件破壞強(qiáng)度對浮箱的影響幅度比改變柱殼構(gòu)件的破壞強(qiáng)度要大,且箱殼構(gòu)件抗壓強(qiáng)度對浮箱防撞性能的影響程度大于抗拉強(qiáng)度的影響。
【圖文】：

1980 年 5 月 9 日，在美國佛羅里達(dá)州有一艘載有 35000t 貨物的輪船直撞上舊陽光大橋橋墩，導(dǎo)致大橋因撞擊而垮塌，橋墩下的四根樁基礎(chǔ)完全被毀，橋梁上部結(jié)構(gòu)中三跨梁直接倒塌，事故造成 35 人死亡，事故照片見圖 1- 1。993 年美國亞拉巴馬州莫比爾一座橫跨貝尤卡諾特的鐵路大橋，由于大霧籠罩，只拖駁船隊猛烈撞上了大橋，以致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重變形。正好遇上一列列車過，大橋瞬間崩塌，列車飛出，事故造成 47 人死亡，事故照片見圖 1- 2。我國流眾多，隨著越來越多的跨河大橋修建，這也是船撞事故多發(fā)的地區(qū)。2007 年 月 15 日，一艘佛山籍運(yùn)砂船因為脫離主航道行駛，于是撞上了廣州九江大橋，次事故無形的導(dǎo)致橋面崩壞了 200 米，共造成 4500 萬元人民幣的經(jīng)濟(jì)損失，一造成 8 人死亡，事故照片見圖 1- 3。2007 年 8 月 29 日，一艘貨船為了避讓其他只，不慎行駛撞上了江蘇昆山大洋橋橋墩，導(dǎo)致橋面崩塌，2 人溺水死亡，事故片見圖 1- 4。2013 年 5 月 12 日，萬噸海輪碰擦南京長江大橋六孔與七孔之間的墩導(dǎo)致船頭破損進(jìn)水后沉沒見圖 1- 5。2016 年 3 月 22 日，一艘采沙船被洪水沖撞上江西省贛州繞城高速贛縣南出口的義源大橋。采沙船被卡在橋下，造成橋受損見圖 1- 6。

1980 年 5 月 9 日，在美國佛羅里達(dá)州有一艘載有 35000t 貨物的輪船直撞上舊陽光大橋橋墩，導(dǎo)致大橋因撞擊而垮塌，橋墩下的四根樁基礎(chǔ)完全被毀，橋梁上部結(jié)構(gòu)中三跨梁直接倒塌，事故造成 35 人死亡，事故照片見圖 1- 1。993 年美國亞拉巴馬州莫比爾一座橫跨貝尤卡諾特的鐵路大橋，由于大霧籠罩，只拖駁船隊猛烈撞上了大橋，以致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重變形。正好遇上一列列車過，大橋瞬間崩塌，列車飛出，事故造成 47 人死亡，，事故照片見圖 1- 2。我國流眾多，隨著越來越多的跨河大橋修建，這也是船撞事故多發(fā)的地區(qū)。2007 年 月 15 日，一艘佛山籍運(yùn)砂船因為脫離主航道行駛，于是撞上了廣州九江大橋，次事故無形的導(dǎo)致橋面崩壞了 200 米，共造成 4500 萬元人民幣的經(jīng)濟(jì)損失，一造成 8 人死亡，事故照片見圖 1- 3。2007 年 8 月 29 日，一艘貨船為了避讓其他只，不慎行駛撞上了江蘇昆山大洋橋橋墩，導(dǎo)致橋面崩塌，2 人溺水死亡，事故片見圖 1- 4。2013 年 5 月 12 日，萬噸海輪碰擦南京長江大橋六孔與七孔之間的墩導(dǎo)致船頭破損進(jìn)水后沉沒見圖 1- 5。2016 年 3 月 22 日，一艘采沙船被洪水沖撞上江西省贛州繞城高速贛縣南出口的義源大橋。采沙船被卡在橋下，造成橋受損見圖 1- 6。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U443.26

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本文編號：2652581