【摘要】：隨著近年來水上貿(mào)易的日益繁忙以及江海上橋梁數(shù)目的不斷增加,船舶撞擊橋梁的事故發(fā)生次數(shù)也越來越多。船橋碰撞事故不僅會對船舶造成結(jié)構(gòu)損傷和人員傷亡等災(zāi)難性后果,對橋梁的破壞也是極其顯著的。為降低船橋碰撞事故發(fā)生后橋梁的損傷程度,在橋梁設(shè)計初期對船橋碰撞場景下的橋梁船撞力進行估算是十分必要的。因此,本文將運用解析法、試驗研究法、經(jīng)驗公式法以及有限元數(shù)值仿真方法來研究船橋碰撞場景下船撞力的計算方法,主要內(nèi)容如下:第一,運用交叉單元簡化解析公式計算5000 DWT散貨船船首結(jié)構(gòu)的壓潰力,并將得出的簡化解析曲線與相應(yīng)的準(zhǔn)靜態(tài)有限元仿真曲線進行比較,針對大傾角傾斜單元對原簡化解析公式進行了修正;第二,以5000 DWT散貨船的船首球鼻部分和船首外飄部分為原型,設(shè)計兩種船首球鼻簡化縮尺模型和一種船首外飄簡化縮尺模型,并對其進行準(zhǔn)靜態(tài)壓載試驗,以此來驗證修正后的交叉單元簡化解析公式以及有限元數(shù)值仿真的正確性;第三,將修正后的交叉單元簡化解析公式與外部動力學(xué)相結(jié)合,得出了一種計算船橋碰撞場景下船舶位移-碰撞力階段均值曲線的解析方法,并將該方法與船撞剛性墻有限元數(shù)值仿真比較,以驗證該解析方法的適用性,同時提出了一種快速估算船橋碰撞場景下橋梁等效船撞力的擬合公式;第四,分別建立3000 DWT散貨船、5000 DWT散貨船、10000 DWT散貨船和武漢白沙洲大橋正橋1號橋墩的有限元模型,討論橋墩上部結(jié)構(gòu)對橋梁船撞力的放大作用,并進行十三種不同工況的船撞橋有限元數(shù)值仿真計算,得到了各船撞橋工況中船舶的位移-碰撞力曲線;第五,介紹了目前廣泛使用的五種船撞橋經(jīng)驗公式,并和本文提出的等效船撞力擬合公式一起,計算上述十三種船撞橋工況的橋梁船撞力,再將其與有限元仿真結(jié)果進行比較;然后,從船型和動能折減兩方面對等效船撞力擬合公式進行了修正,并對具有較大實際意義的兩種船撞橋經(jīng)驗公式提出了一些修正意見。通過本文的研究,得到了能夠較準(zhǔn)確地估算船橋碰撞場景中橋梁船撞力的計算公式,可以為橋梁設(shè)計初期階段提供一定的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U447;U676.1
【圖文】：

2.1 概述在船舶碰撞中，用于計算撞擊力的簡化分析方法通常分為兩種類型，即交叉單元法（IUM）和板單元法（PUM）[12]，這兩種方法的原理為將船舶結(jié)構(gòu)分為若干個交叉單元或板單元，對這些單元在被壓潰時產(chǎn)生的壓潰力進行累加。交叉單元法是運用 L 型、T 型和 X 型單元來建立船體模型，板單元法則是運用獨立的、無交叉結(jié)構(gòu)的單元來建立船體結(jié)構(gòu)模型�；谶@兩種方法產(chǎn)生了許多計算板架結(jié)構(gòu)軸向壓潰力的簡化解析公式，但在這些簡化解析公式中通常是以加筋板、寬桁材、船體舷側(cè)、船底板以及船首結(jié)構(gòu)的球鼻部分作為研究對象，其共同特點為在選取的計算模型中，各單元的法線方向均與載荷方向平行或夾角較�。ɑ蚍Q“小傾角單元”），如圖 2-1 所示。但是，當(dāng)船首與橋墩發(fā)生碰撞，或當(dāng)設(shè)計吃水較大的船撞向另一艘吃水較小的船舶舷側(cè)，或撞向海洋平臺時，船首上部的外飄結(jié)構(gòu)也極有可能與被撞物接觸并發(fā)生變形，此時，在船首外飄結(jié)構(gòu)上的交叉單元的法向與載荷方向夾角較大（或稱“大傾角單元”）。為此，需要對已有的簡化解析公式在計算大傾角單元軸向壓潰力時的適用性進行探討。

圖 2-2 5000 DWT 船首形狀及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)目前計算圓錐形板殼軸向壓潰力的簡化解析公式大多針對非傾斜單元與角單元。本節(jié)中首先選取船首中的球鼻結(jié)構(gòu)部分來進行準(zhǔn)靜態(tài)壓載仿真，船鼻結(jié)構(gòu)與準(zhǔn)靜態(tài)壓載有限元計算模型如圖 2-3 所示。該 5000 DWT 散貨船球鼻為典型的柔性球鼻結(jié)構(gòu)，半徑范圍在 0.5m~2.5m 之間，長度約為 2.35m準(zhǔn)靜態(tài)有限元仿真中，約束球鼻末端節(jié)點的所有自由度。

圖 2-2 5000 DWT 船首形狀及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)前計算圓錐形板殼軸向壓潰力的簡化解析公式大多針對非傾斜單元與元。本節(jié)中首先選取船首中的球鼻結(jié)構(gòu)部分來進行準(zhǔn)靜態(tài)壓載仿真，船構(gòu)與準(zhǔn)靜態(tài)壓載有限元計算模型如圖 2-3 所示。該 5000 DWT 散貨船為典型的柔性球鼻結(jié)構(gòu)，半徑范圍在 0.5m~2.5m 之間，長度約為 2.3態(tài)有限元仿真中，約束球鼻末端節(jié)點的所有自由度。

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本文編號：2749842