基于FRP橋墩防撞浮箱碰撞過程精細化數(shù)值分析計算.pdf

1、目前，橋墩防撞設施由彈塑性材料的鋼浮箱結構發(fā)展到黏彈性材料的柔性防撞設施，船橋碰撞理論也由最初的靜力等效分析發(fā)展到以應力波傳播與相互耦合為基礎的沖擊動力學分析。有限元數(shù)值分析計算也在船橋碰撞中得到廣泛應用。
　　本文依托黃花園嘉陵江大橋FRP橋墩防撞浮箱工程。采用顯式動力有限元分析軟件LS-DYNA對3號橋墩船橋碰撞過程進行了精細化數(shù)值分析。本文的核心工作包括有限元數(shù)值模擬的精細化和船橋碰撞過程的精細化分析。
　　有限元數(shù)值

2、模擬的精細化主要為幾何網(wǎng)格、上部結構對橋墩約束、碰撞接觸、沙漏控制、質(zhì)量縮放等方面的參數(shù)控制，同時以雙向流固耦合效應模擬浮箱內(nèi)外流體的作用，并結合嘉陵江2m/s無偏航動水影響。碰撞過程的精細化則詳細分析了碰撞過程中的能量變化（橋墩吸收的能量與浮箱的耗能）、受力變化（船頭、浮箱、橋墩的應力情況以及橋墩承受的撞擊力）、變形（船頭、浮箱撞深以及墩頂位移）、速度變化以及船舶、浮箱碰撞過程中的受損情況。
　　本文通過近半年計算分析工作得到以

3、下結論:
　　(1)能量方面，橋墩吸收的能量有浮箱保護的工況中大幅降低，降低比例超過87％，靜水工況中降低最大為94.56％。浮箱耗能占船舶初始動能9MJ的74.0％-85.1％，以浮箱的變形內(nèi)能為主，體現(xiàn)了FRP橋墩防撞浮箱具有優(yōu)秀的耗能特性。
　　(2)應力方面，無浮箱工況橋墩截面最大拉應力分別為21.13MPa、19.96MPa、24.07MPa，有浮箱保護的工況則為8.32MPa、5.18MPa、8.16MPa，減小

4、比例為60.62％、74.05％、66.10％。橋墩截面最大壓應力為25.12MPa。船頭和浮箱均表現(xiàn)出明顯的應力集中現(xiàn)象。
　　(3)橋墩撞擊力方面，無水、靜水、動水裸墩碰撞工況中橋墩承受的撞擊力為35.4MN、31.5MN、32.9MN，有浮箱碰撞工況中橋墩承受的撞擊力為5.94MN、5.25MN、5.06MN，撞擊力減小比例大于83％，小于橋墩實際抗力。
　　(4)變形及位移方面，無浮箱工況下船頭撞深均超過0.8m，而

5、有浮箱工況下船頭撞深為0.165m至0.289m，撞深減少比例為64.1％-80.2％。墩頂位移減少比例為64.4％-75.3％。
　　(5)船頭、浮箱損壞方面，無浮箱碰撞工況中船頭損壞的體積比分別為15.09％、16.27％、14.91％，而有浮箱保護工況的船頭損壞體積比降低至8.00％、2.13％、1.54％。FRP浮箱整體損壞體積比例較小，最大為11.88％，集中在柱殼1-1、箱殼頂?shù)装濉⑾錃?cè)壁板、以及內(nèi)襯柱殼構件上。