沖擊荷載作用下的橋梁防護(hù)研究.pdf

1、船舶碰撞橋梁的事故頻繁發(fā)生，造成了船舶與橋梁的損傷，盡管并非每一次船－橋碰撞事故都造成橋毀人亡的重大事故，但是橋梁被撞使大橋結(jié)構(gòu)受到損傷，橋梁使用壽命、安全性及抗震能力都受到一定程度的損失。因此，無(wú)論從安全角度，經(jīng)濟(jì)角度還是從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)講，進(jìn)行船舶與橋梁碰撞及橋梁防護(hù)的研究均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。目前人們對(duì)船橋碰撞的研究主要集中在以下幾方面： （1）船橋碰撞概率； （2）船橋碰撞力學(xué)； （3）船橋碰撞

2、后果評(píng)估； （4）橋墩地基抗撞能力研究； （5）橋梁防護(hù)。 本文的橋梁防撞研究范圍屬于力學(xué)范疇，研究?jī)?nèi)容集中于船橋碰撞力學(xué)和橋梁防護(hù)，主要是利用非線(xiàn)性有限元技術(shù)，實(shí)現(xiàn)橋梁防護(hù)裝置在船舶沖擊荷載下的數(shù)值仿真，并對(duì)碰撞中的碰撞力、碰撞能量轉(zhuǎn)化以及橋梁結(jié)構(gòu)的變形與損傷進(jìn)行了描述和力學(xué)機(jī)理分析，研究碰撞現(xiàn)象內(nèi)在的規(guī)律性。 本文利用非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)有限元軟件MSC.Dytran對(duì)橋梁在船舶沖擊荷載作用下的防護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了

3、數(shù)值仿真研究。論文介紹了碰撞仿真中所采用的關(guān)鍵技術(shù)；探討了船橋碰撞仿真的建模技術(shù)及參數(shù)選取，建立了船橋碰撞有限元模型，并分析了碰撞過(guò)程中碰撞力變化、能量轉(zhuǎn)換及結(jié)構(gòu)損傷變形情況；建立增設(shè)箱形防撞裝置的船橋碰撞模型，對(duì)防護(hù)裝置的作用過(guò)程和力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上針對(duì)防護(hù)裝置提出三種改進(jìn)措施，并對(duì)其防護(hù)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的比較分析。本文主要研究工作及結(jié)論如下： 1.對(duì)船橋碰撞力學(xué)以及橋梁防護(hù)裝置的研究進(jìn)展進(jìn)行了回顧和總結(jié)。

4、2.消化吸收了撞擊仿真中所采用的非線(xiàn)性有限元的有關(guān)理論和方法。 3.探討了船橋碰撞仿真中的建模技術(shù)及參數(shù)選取，建立了船橋碰撞有限元模型，并對(duì)對(duì)撞擊的全過(guò)程進(jìn)行了仿真分析，研究了碰撞過(guò)程中碰撞力的變化、能量轉(zhuǎn)換以及結(jié)構(gòu)損傷變形情況。結(jié)果表明：船舶的撞擊動(dòng)能主要轉(zhuǎn)化為橋梁的動(dòng)能及變形能；橋梁的撞擊損傷主要是由于承臺(tái)產(chǎn)生橫橋向位移而導(dǎo)致橋墩和樁基礎(chǔ)的彎曲變形。 4. 建立增設(shè)箱形防撞裝置的船橋碰撞模型，對(duì)防護(hù)裝置的作用過(guò)程和力

5、學(xué)機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：船舶的撞擊動(dòng)能主要轉(zhuǎn)化為防護(hù)裝置的變形能，能有效降低對(duì)橋梁的破壞；可以通過(guò)適當(dāng)提高外圍結(jié)構(gòu)的吸能能力，減少防護(hù)裝置的破壞程度。 5.針對(duì)現(xiàn)有箱形防撞裝置，提出了添加吸能元件、改變防護(hù)裝置尺寸參數(shù)和改變現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)三種改進(jìn)措施，分析并比較了三種改進(jìn)措施在碰撞過(guò)程中碰撞力的變化、能量吸收和結(jié)構(gòu)損傷變形情況，在此基礎(chǔ)上提出了防護(hù)裝置的改進(jìn)意見(jiàn)。 本文的研究?jī)?nèi)容主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 通過(guò)增