重慶嘉陵江黃花園大橋FRP防撞浮箱設計及仿真分析.pdf

1、船橋碰撞是一個復雜的非線性動力學問題,是通過碰撞區(qū)域內的結構或者構件的變形和壓潰,在短時間內將巨大的沖撞能量吸收、轉化和耗散的非線性動力響應過程。因為多而復雜的影響因素,船橋碰撞過程不容易實現(xiàn)精確的分析,而借助非線性有限元技術能夠對整個碰撞過程進行模擬并得到滿足工程實踐需要的結果。
　　 本文在查閱和整理國內外關于船橋碰撞的文獻資料的基礎上,討論了船橋碰撞外部機理研究基本理論存在的缺陷,分析了幾種目前研究船橋碰撞內部機理的研究方

2、法,并比較其各自的優(yōu)缺點,同時從防護機理和防護性能方面對比分析了各種防護系統(tǒng)自身存在的優(yōu)缺點及適用條件。文章結合重慶嘉陵江黃花園大橋橋墩防護裝置研究設計這一工程實例,將輕質、高強、低模量、完全彈性的纖維增強復合材料(FRP)用于FRP防撞浮箱的設計,擬定三種設計方案并進行比選,通過對FRP防撞浮箱的結構特點、工作原理和消能模式的闡述,展現(xiàn)其在橋梁防撞工程中應用的優(yōu)勢和前景。在此基礎上借助ANSYS/LS-DYNA軟件分別模擬了1600噸

3、級的散貨船以兩個方向撞擊四種不同剛度的推薦方案FRP防撞浮箱及裸墩的十種工況,并得到每個工況的撞擊力、能量時程曲線以及浮箱各部分構件在撞擊過程中轉化和耗散的能量時程曲線等,通過幾個工況數(shù)據(jù)分析和對比,得出:
　　 ①FRP防撞浮箱能有效抵御船舶撞擊而不被穿透,起到保護橋墩的作用;
　　 ②外襯消能筒體與內襯消能筒體能起到有效延長撞擊時間和消耗撞擊能量的作用;
　　 ③FRP防撞浮箱具有良好的消能效果,其消能效率占

4、總能量的34％～47%之間;
　　 ④實現(xiàn)了薄壁消能筒體柔性消能為主,外圍箱體耗能為輔的設計理念;
　　 ⑤FRP防撞浮箱在降低撞擊力峰值方面效果良好,能降低25.83%～55.67%;
　　 ⑥從降低撞擊力、吸能效果等方面對四種不同彈性模量的FRP浮箱進行對比分析后,選定彈性模量為10GPa的FRP防撞浮箱為大橋橋墩的防護裝置。在其正撞和斜撞工況下與無浮箱作用相比,撞擊力的降低占無浮箱工況的36.69%～50.