桥墩FRP防撞浮箱内衬柱壳合理结构型式试验研究

摘要

近几年来，随着航运的快速发展，国内外桥梁船撞事故频发，给社会经济、人员伤亡以及环境污染等方面造成了重大损失，因此桥梁船撞安全问题已引起设计者和社会公众的广泛关注。为了减小船舶与桥墩相撞带来的巨大损失，桥梁工程师设计了相应的桥墩防护装置，尽可能的保护桥梁及船舶。一般是通过预防或改变船只冲击荷载的方向来减少对桥墩的冲击荷载，将船撞桥墩的破坏程度尽可能的降低，使其达到保护桥梁的作用进而保护国家的财产和人民的生命。世界上已投入使用的桥墩防护装置种类繁多，各具特点。按照防撞设施和桥梁结构受力关系，将被动防撞系统分为独立式防撞系统、一体式防撞系统和附着式防撞系统三类。此外，按照防撞设施结构形式又可以分为浮式防护系统、重力式防护系统、桩柱式防护系统、防护板防护系统。通过对各种防撞系统的比较可知:浮式防护系统的综和性能最好，这也是现阶段使用最为广泛的一种防护装置。
　　本文针对交通运输部“桥墩FRP柔性被动防撞浮箱结构理论与应用研究”项目需要，采用数值分析与撞击试验相结合的方法研究FRP防撞浮箱内衬柱壳结构形式对桥墩消能效果的影响，从而提出合理的浮箱内衬结构型式。
　　论文首先对浮箱本身材料及FRP材料进行了静、动力性能试验;开展了浮箱结构试验模型与撞击试验装置设计研究;其次针对圆形、六边形、八边形等三种内衬结构进行了数值模拟分析，并分别实施了撞击试验，掌握了FRP防撞浮箱结构的局部受力、变形、破坏和消能特征;最后在理论分析和试验基础上，提出八边形内衬结构为防撞浮箱的最佳内衬结构。
　　论文研究成果对柔性防撞浮箱设计具有重要的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 几种常见桥墩防撞措施

1．3 桥墩柔性防撞研究现状

1．3．1 柔性防撞的研究意义

1．3．2 几种常见的柔性防撞装置

1．4 国内外船桥碰撞试验

1．5 本文主要研究内容

第二章 FRP防撞浮箱构件力学性能试验

2．1 FRP复合材料的特点

2．2 FIP防撞浮箱模型构件力学性能试验

2．2．1 拉伸性能试验

2．2．2 压缩性能试验

2．2．3 弯曲性能试验

2．2．4 剪切性能试验

2．2．5 摩擦系数试验

2．3 FRP防撞浮箱模型结构柱壳构件动力特性试验

2．4 本章小结

第三章 不同内衬柱壳浮箱结构撞击模型试验方案设计

3．1 试验概况

3．2 试验目的

3．3 试验内容

3．4 试验方法

3．5 FRP防撞浮箱不同内衬柱壳模型撞击试验设计

3．5．1 浮箱模型结构设计

3．5．2 桥墩模型结构设计

3．5．3 撞击加载装置设计

3．5．4 撞击试验系统设计

3．6 试验模型的制作与安装

3．7 测试内容与测试方法

3．7．1 测试内容

3．7．2 测试方法

3．8 试验模型测点布置

3．8．1 应变测点布置

3．8．2 位移测点布置

3．8．3 压电式加速度传感器测点布置

3．9 撞击试验加载方案

3．10 试验设备

3．11 本章小结

第四章 不同内衬柱壳浮箱结构撞击模型模拟分析

4．1 有限元撞击模型介绍

4．1．1 建模过程注意事项

4．1．2 撞击模型工况

4．1．3 无浮箱保护撞击模型

4．1．4 有浮箱保护撞击模型

4．1．5 钢材料和FRP材料本构模型

4．2 撞击模型结果及分析

4．2．1 无浮箱保护下撞击模型结果

4．2．2 有浮箱保护下撞击模型结果

4．2．3 桥墩模型结果分析

4．2．4 柱壳及箱壳构件结果分析

4．3 本章小结

第五章 不同内衬柱壳浮箱结构撞击模型试验

5．1 桥墩模型结构撞击试验结果及分析

5．1．1 加速度试验结果

5．1．2 动位移试验结果

5．1．3 动应变试验结果

5．1．4 试验结果分析

5．2 浮箱模型结构撞击试验结果及分析

5．2．1 浮箱模型结构柱壳构件动应变试验结果

5．2．2 浮箱模型结构箱壳构件动应变试验结果

5．2．3 浮箱模型结构动应变试验结果分析

5．3 本章小结

第六章 防撞浮箱内衬柱壳合理结构型式选择

6．1 有限元模拟结果及分析

6．2 撞击试验结果及分析

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文完成的主要工作与结论

7．2 本课题研究的展望

致谢

参考文献

在读期间发表的论文及科研成果

附表