【摘要】：我國內(nèi)河航運繁榮,船只種類眾多,過往流量大,船橋碰撞事件屢見不鮮,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失與人員傷亡,說明了我國橋梁防撞設(shè)計與防撞措施的不足。如今斜拉橋結(jié)構(gòu)更加追求多功能性與美學(xué)景觀性,新穎的結(jié)構(gòu)形式更增加了防撞設(shè)計難度,而目前針于大尺寸異形塔墩的橋梁防撞研究還尚少,且對于吸能材料在橋梁防撞設(shè)計中的關(guān)注還不夠。因此,本文結(jié)合某大跨度公鐵兩用長江大橋工程,基于數(shù)值模擬方法開展了斜拉橋豎向曲線塔墩防撞研究。首先,針對關(guān)于船橋碰撞荷載的國內(nèi)外規(guī)范與經(jīng)驗公式進行了介紹與總結(jié),對比討論了各計算方法的差異性及其原因。根據(jù)大橋通航標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)防要求,采用顯式動力分析軟件LS-DYNA模擬代表船舶撞擊斜拉橋“水滴型”橋塔與“花瓶型”輔助墩過程,得到了在不同水位、不同撞擊角度等工況下能量、船艏結(jié)構(gòu)損傷以及橋墩位移的變化規(guī)律,總結(jié)出在不同水位下船舶撞擊曲線塔墩的荷載時程分布特點。同時,結(jié)合簡化計算方法確定了斜拉橋塔墩船撞力標(biāo)準(zhǔn)值。其次,基于斜拉橋塔墩的獨特構(gòu)造形式與防撞需求,結(jié)合閉孔泡沫鋁材料優(yōu)異的吸能特性提出了鋼-泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)自浮式防撞鋼套箱裝置。在此基礎(chǔ)上,選取在高水位下5000t級船舶撞擊斜拉橋豎向曲線主塔過程為研究對象,通過數(shù)值模擬方法研究了防撞鋼套箱以及填充泡沫鋁材料在船舶碰撞作用下的受力特點。與船舶撞擊裸墩工況進行了對比分析,得到該防撞裝置在降低撞擊力與船舶撞深、能量吸收以及減小橋墩位移等方面的防撞效果。通過與其他類型防撞設(shè)施對比可知,該種防撞裝置在大幅度降低船舶撞擊力的前提下具備突出的吸能性能和保護船舶的能力。最后,采用控制變量法對鋼-泡沫鋁填充結(jié)構(gòu)防撞裝置進行耐撞性影響參數(shù)分析。從撞擊力、能量吸收、船舶與防撞裝置損傷等角度分別探討了閉孔泡沫鋁密度、防撞裝置結(jié)構(gòu)剛度、船舶撞擊速度以及角度對結(jié)構(gòu)耐撞性的影響,得到相應(yīng)撞擊力峰值、比吸能以及結(jié)構(gòu)撞深等指標(biāo)的變化規(guī)律。并針對改善該防撞裝置耐撞性能提出了相關(guān)技術(shù)方法,為此類防撞研究提供指導(dǎo)與借鑒作用。
【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】：U448.27
【圖文】：

圖 1-1 九江大橋橋墩船撞倒塌 圖 1-2 洪奇瀝大橋橋墩傾斜世界范圍內(nèi)發(fā)生的大小船橋碰撞事故不計其數(shù)，輕則刮擦，重則橋梁結(jié)塌，威脅生命安全。在上世紀(jì)八十到九十年代，美國陽光大橋、CXS 鐵路均因船舶撞擊倒塌，并共造成近百人在事故中喪生。1983 年，前蘇聯(lián)時期加河發(fā)生了史上最嚴(yán)重的船橋碰撞事故，一艘客船與鐵路橋相撞使得 240 喪生。我國水系發(fā)達，近幾十年來已發(fā)生眾多船橋碰撞事故。武漢長江大成 61 年以來共被撞擊達 70 余次，曾造成鐵路運行中斷。2007 年，一艘沙

圖 1-1 九江大橋橋墩船撞倒塌 圖 1-2 洪奇瀝大橋橋墩傾斜世界范圍內(nèi)發(fā)生的大小船橋碰撞事故不計其數(shù)，輕則刮擦，重則橋梁結(jié)塌，威脅生命安全。在上世紀(jì)八十到九十年代，美國陽光大橋、CXS 鐵路均因船舶撞擊倒塌，并共造成近百人在事故中喪生。1983 年，前蘇聯(lián)時期加河發(fā)生了史上最嚴(yán)重的船橋碰撞事故，一艘客船與鐵路橋相撞使得 240 喪生。我國水系發(fā)達，近幾十年來已發(fā)生眾多船橋碰撞事故。武漢長江大成 61 年以來共被撞擊達 70 余次，曾造成鐵路運行中斷。2007 年，一艘沙

圖 1-4 Peng Yuan 有限元仿真模型我國學(xué)者對船橋碰撞仿真有著深入的研究。2002 年，劉建成[25/Dytran 數(shù)值模擬了一艘 4 萬噸級油輪正向撞擊斜拉橋橋墩過程，模型船艏部分進行了精細(xì)化劃分，并建立斜拉橋整橋模型，得到了船艏變變形以及橋墩損傷情況。羅榮等[26-27]采用 ANSYS/LS-DYNA 程序?qū)Υ策^程以及防護裝置進行究，對比分析了經(jīng)驗公式與仿真結(jié)果的差異，并完成經(jīng)驗公式的修正船舶尺寸、噸位以及防護裝置各項設(shè)計參數(shù)的影響規(guī)律。王健偉[28]采用 LS-DYNA 研究了船-冰碰撞過程，分析討論了不同冰層型碰撞下的動力響應(yīng)規(guī)律。潘晉[29-30]針對橋梁防撞鋼套箱進行了系統(tǒng)性的研究，利用有限元軟件撞鋼套箱不同斜邊角對碰撞力的影響，對比探討了流固耦合方法與附間的差異性。方海、錢長根[31]等學(xué)者針對橋墩截面以及配筋情況計算單位荷載作用內(nèi)力以此估算橋梁最大水平抗力，并利用 LS-DYNA 程序得到船撞力，

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本文編號：2794103