船舶撞击不同形状桥墩的受力机理研究

摘要

在某大桥的船撞研究过程中，发现方墩、圆端形墩、尖端形墩在撞击过程中船撞力的变化幅度非常大，充分说明桥墩形状对船舶撞击力的影响是非常显著的，因此有必要对其进行深入研究。论文以某大桥为依托，应用大型网格划分软件HyperMesh和显式动力分析程序LS-DYNA建立桥梁撞击数值仿真分析模型，研究在相同撞击条件下，不同桥墩形状对船撞力的影响，进一步探讨不同形状桥墩在撞击过程中的受力机理。主要研究工作如下:
　　(1)建立不同宽度的方墩、圆墩、圆端形墩和尖端形墩，探讨不同形状桥墩的宽度对撞击力的影响，同时从桥墩宽度与接触面刚度的关系分析了撞击过程的受力机理。研究表明，随着桥墩宽度的增加，桥墩受到的船舶撞击力增大，其中，方墩的宽度对撞击力的影响很大，圆墩和圆端形墩的宽度对撞击力的影响较小，尖端形墩的宽度对撞击力的影响极小。
　　(2)建立相同宽度相同撞击方向抗弯惯性矩的矩形墩、圆端形墩和尖端形墩，探讨不同形状桥墩对撞击力的影响，同时从初始接触面刚度与接触面刚度变化过程的角度分析了撞击过程的受力机理。研究表明，桥墩的外形对撞击力有很大的影响，矩形墩受到的撞击力最大，而圆端形墩和尖端形墩能有效的减小船艏接触面的刚度，从而降低撞击力。
　　(3)分别建立相同宽度相同撞击方向抗弯惯性矩的不同圆端直径的圆端形墩与不同尖端角度的尖端形墩，探讨不同圆端直径与不同尖端角度对撞击力的影响。研究表明，圆端直径越小、尖端角度越小，对接触面刚度的减小越多，使得撞击力越小。可以为桥墩的选型提供参考。
　　(4)分别建模比较了实心墩与空心墩受到撞击力的差异、不同混凝土强度的桥墩受到撞击力的差异、不同配筋率的桥墩受到撞击力的差异。研究表明，3种对比都改变了桥墩的抗弯刚度，在相同的撞击力下，桥墩变形略微改变。然而在船舶与裸墩的撞击过程中，桥墩的变形相对于船艏的变形很小，撞击力的大小主要还是由船艏接触面刚度来决定，所以表现为差异不大的撞击力。可为桥墩的设计提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 船桥碰撞机理的研究现状

1．2．1 概述

1．2．2 计算理论

1．2．3 计算方法

1．3 存在的问题

1．4 本文研究的主要内容

第二章 HyperMesh与ANSYS／LS-DYNA软件介绍

2．1 引言

2．2 HyperMesh软件简介

2．3 LS-DYNA软件简介

2．4 非线性有限元控制方程

2．5 简化积分与沙漏控制

2．6 显示时间积分

2．6．1 显示中心差分算法

2．6．2 显示积分的时间步长

2．7．1 接触的类型与算法

2．7．2 接触界面的定义及控制

2．7．3 接触分析注意事项

2．8 穿透问题及解决措施

2．9 本章小结

第三章 船—墩碰撞数值仿真

3．1 概述

3．2 工程概况

3．3 船舶有限元模型的建立

3．4 桥墩有限元模型的建立

3．5 边界条件

3．5．1 荷载

3．5．2 接触的处理

3．5．3 边界约束

3．6 本章小结

第四章 不同截面形状参数桥墩的船撞仿真研究

4．1 引言

4．2 不同宽度与形状的桥墩对船撞力的影响研究

4．2．1 不同宽度的方墩

4．2．2 不同直径的圆墩

4．2．3 不同宽度的圆端形桥墩

4．2．4 不同宽度的尖端形桥墩

4．3 相同宽度与抗弯刚度的不同形状桥墩对船撞力的影响研究

4．3．1 相同宽度与抗弯刚度的不同形状空心墩

4．3．2 实心墩与空心墩的比较

4．4 圆端直径不同与尖端角度不同对船撞力的影响研究

4．4．1 圆端直径不同的圆端形墩

4．4．2 尖端角度不同的尖端形墩

4．5 受力机理分析

4．6 本章小结

第五章 桥墩混凝土强度与配筋率对船撞力的影响

5．1 引言

5．2 不同混凝土强度的影响

5．3 不同配筋率的影响

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及参与的科研项目