【摘要】：在橋區(qū)水位較高情況下拱橋主拱圈存在被船舶等漂流物撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。拱橋主拱圈結(jié)構(gòu)抗力較小、構(gòu)造形式較特殊,無法采用一體式防船撞系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行防撞保護(hù)。本文基于這樣一個(gè)工程背景之下,針對(duì)拱橋這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式提出了獨(dú)立式防船撞系統(tǒng)的防護(hù)方案。對(duì)獨(dú)立式防船撞系統(tǒng)中的套箱形式、導(dǎo)向柱材料選擇及截面布置形式進(jìn)行了設(shè)計(jì),最后基于數(shù)值仿真的方法,采用有限元分析軟件LS-DYNA對(duì)該防船撞設(shè)施進(jìn)行了性能優(yōu)化。本文主要完成的研究工作如下所示:(1)采用Midas Civil和Ucfyber軟件計(jì)算了2.5m樁徑的鋼管混凝土樁和鋼筋混凝土樁的極限抗彎承載力及三角形和四邊形截面布置形式導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)抗力。計(jì)算得到:鋼管混凝土樁比鋼筋混凝土樁有更高的抗彎承載力;三角形截面布置形式導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)抗力為29.5MN,四邊形截面布置形式導(dǎo)向柱的結(jié)構(gòu)抗力為42.1MN,均滿足防船撞抗力要求。綜合考慮,最終確定獨(dú)立式防船撞系統(tǒng)中導(dǎo)向柱的材料類型為鋼管混凝土,截面布置形式為三角形。(2)采用有限元分析軟件LS-DYNA對(duì)三種材料形式的防撞套箱進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。設(shè)置了3000DWT、2000DWT、1000DWT噸位的船舶以4m/s、3m/s、2m/s的速度分別正撞、15°斜撞、30°斜撞三種材料形式防撞套箱的計(jì)算工況。數(shù)值仿真分析結(jié)果顯示:復(fù)合材料套箱的最大船撞力折減率為52.7%,鋼-復(fù)合材料套箱的最大船撞力折減率為39.8%,鋼套箱的最大船撞力折減率為22.6%。此外,鋼套箱和鋼-復(fù)合材料套箱自身損傷較小,而復(fù)合材料套箱基本被壓潰。綜合考慮三種套箱的船撞力折減率、船艏和套箱的損傷程度,最終確定鋼-復(fù)合材料套箱作為獨(dú)立式防船撞系統(tǒng)中的套箱形式。(3)基于數(shù)值仿真分析的方法對(duì)鋼-復(fù)合材料套箱進(jìn)行性能優(yōu)化。通過改變套箱內(nèi)部的加勁肋間距、板材厚度設(shè)置不同的計(jì)算工況進(jìn)行數(shù)值仿真分析。最終確定套箱內(nèi)部豎向加勁板的布置間距為0.8m、橫向加勁板的布置間距為0.8m、各板材的厚度為8mm。該布置形式下套箱的總吸能為11.6MJ,吸能比為33.1%,各板材的吸能較平均。最大船撞力為9.8MN,最大船撞力折減率為47.3%。套箱損傷變形為1.42m,防船撞性能最優(yōu)。(4)改變鋼-復(fù)合材料套箱中鋼結(jié)構(gòu)層和復(fù)合材料護(hù)舷層的厚度比例,設(shè)置了六種比例形式的套箱。數(shù)值仿真分析得到護(hù)舷厚度為1.5m時(shí),船撞力折減率為48.9%,套箱變形為1.27m,套箱的總造價(jià)為185萬元,布置形式最為合理。
【圖文】：

1.2.1 國(guó)外船撞事故國(guó)外發(fā)生的船撞事故較多，根據(jù) PIANC 第 19 工作組的工作報(bào)告顯示，僅在1960 年至 1996 年期間，世界上共計(jì)發(fā)生過 51 起經(jīng)濟(jì)損失超過 10 萬美元的船撞事故，其中北美發(fā)生過 22 起，歐洲地區(qū)發(fā)生過 21 起，除此之外的其他地區(qū)共計(jì)發(fā)生 8 起[2]。另據(jù)資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，美國(guó)內(nèi)河僅在 1970 年至 1974 年四年時(shí)間里，共計(jì)發(fā)生過 811 起船撞事故，經(jīng)濟(jì)損失巨大，共計(jì)約 2300 萬美元[3]。下面是統(tǒng)計(jì)到的一些重大船撞橋事故案例。1980 年，位于美國(guó)佛羅里達(dá)州坦渤海灣的陽光大橋被一艘 35000DWT 壓艙散裝船撞擊，造成主梁三跨垮塌，35 人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失 3000 多萬美金[4]。事故原因是當(dāng)時(shí)天氣惡劣再加上導(dǎo)航員的錯(cuò)誤導(dǎo)航，導(dǎo)致該船偏離航道撞到陽光大橋橋墩上。這是世界船撞事故中損失最為慘重的一次事故。圖 1-1 為陽光大橋被撞擊的現(xiàn)場(chǎng)圖片。1981 年 1 月，一艘數(shù)千噸的荷蘭貨輪碰撞瑞典的阿爾莫橋鋼管拱基座，導(dǎo)致鋼管拱倒塌，上部結(jié)構(gòu)坍落在貨輪上，事故造成 10 人死亡[4]。圖 1-2 為被撞毀的阿爾莫橋圖片。

1.2.1 國(guó)外船撞事故國(guó)外發(fā)生的船撞事故較多，根據(jù) PIANC 第 19 工作組的工作報(bào)告顯示，僅在1960 年至 1996 年期間，世界上共計(jì)發(fā)生過 51 起經(jīng)濟(jì)損失超過 10 萬美元的船撞事故，其中北美發(fā)生過 22 起，歐洲地區(qū)發(fā)生過 21 起，除此之外的其他地區(qū)共計(jì)發(fā)生 8 起[2]。另據(jù)資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，美國(guó)內(nèi)河僅在 1970 年至 1974 年四年時(shí)間里，共計(jì)發(fā)生過 811 起船撞事故，經(jīng)濟(jì)損失巨大，共計(jì)約 2300 萬美元[3]。下面是統(tǒng)計(jì)到的一些重大船撞橋事故案例。1980 年，位于美國(guó)佛羅里達(dá)州坦渤海灣的陽光大橋被一艘 35000DWT 壓艙散裝船撞擊，造成主梁三跨垮塌，35 人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失 3000 多萬美金[4]。事故原因是當(dāng)時(shí)天氣惡劣再加上導(dǎo)航員的錯(cuò)誤導(dǎo)航，，導(dǎo)致該船偏離航道撞到陽光大橋橋墩上。這是世界船撞事故中損失最為慘重的一次事故。圖 1-1 為陽光大橋被撞擊的現(xiàn)場(chǎng)圖片。1981 年 1 月，一艘數(shù)千噸的荷蘭貨輪碰撞瑞典的阿爾莫橋鋼管拱基座，導(dǎo)致鋼管拱倒塌，上部結(jié)構(gòu)坍落在貨輪上，事故造成 10 人死亡[4]。圖 1-2 為被撞毀的阿爾莫橋圖片。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U443.26

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2692229