山区河流拱桥船撞风险评估与防撞措施研究

摘要

船桥碰撞的研究对降低桥梁碰撞风险，减少公共财产损失具有重大的作用。随着三峡库区蓄水的完成，河流水位落差大大增加，已建成拱桥桥梁将面临更大的船舶撞击风险。对库区每座桥梁进行船撞风险研究很有必要，但是耗资巨大且难以实施，而且还有很多不可预料因素。为了节约时间和经济成本，本文以实际工程为背景，选取两座具有代表性的拱桥进行数值分析模拟，以期取得可靠的分析结果，并对拱桥船撞防护措施提出一些建议。本文主要做了以下几个方面的分析研究:
　　对船桥碰撞中桥梁构件的极限侧抗力计算原理进行了阐述，并且对拱桥水中墩和拱圈分别进行了抗力计算，为船舶撞击力提供计算基础。
　　在桥梁船撞概率模型计算方面，由于山区河流的特点和拱桥的形式特点，在比较了国内外应用较为广泛的概率模型的基础上，选取了三概率积分模型对山区拱桥河流进行碰撞概率计算，计算在不同水位下，不同年限内各个墩和拱圈的年碰撞概率和年倒塌概率，得出随着水位的上涨和船舶通航次数的增加，碰撞概率会逐渐增大，因此很有必要增加桥梁防撞设施。
　　本文在计算船舶撞击力方面采用大型有限元软件LS-DYNA进行分析计算，在对下承式拱桥进行模拟时，桥墩均采用实体单元模拟，上部结构采用梁单元模拟，得出较为满意的模拟效果，在对上承式拱桥进行模拟时，拱圈均采用实体单元进行模拟，分别计算船头，甲板室，桅杆的撞击力。针对不同工况的模拟结果，得出每种工况下船舶撞击力均在桥墩极限抗力之下，桥墩和拱圈均安全。
　　在防撞设施选取方面，本文着重介绍了防撞设施设计原理和原则以及目前主要的防撞设施。针对山区拱桥河流具体情况，把桥梁防护措施分为桥墩防护和拱圈防护两个方面，分别提出了几种防护建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 项目背景

1．2 国内外桥梁船撞事故及研究现状

1．3 本论文的主要研究内容及成果

1．3．1 本论文的主要研究内容

1．3．2 本论文的主要研究成果

1．4 本文研究的整体思路

1．5 本章小结

第二章 船桥碰撞极限侧抗力的研究

2．1 计算原理概述

2．1．1 承载力极限状态法

2．1．2 桩土相互作用的模拟

2．2 船桥碰撞抗力的计算

2．2．1 南充下中坝大桥桥墩抗力计算

2．2．2 万县桥拱圈侧抗力计算

2．3 本章小结

第三章 船桥碰撞概率模型研究

3．1 船桥碰撞风险分析方法概述

3．2 船撞概率模型简介

3．2．1 美国(AASHTO)规范模型

3．2．2 欧洲规范模型

3．2．3 德国昆兹(KUNZI)模型

3．2．4 戴彤宇简化模型

3．2．5 重庆市指南方法

3．3 船桥碰撞失效概率概述

3．4 基于西部河流条件的概率模型分析

3．4．1 西部山区河流综述

3．4．2 西部山区概率积分模型研究

3．5 本章小结

第四章 船桥碰撞力数值模拟

4．1 船桥碰撞理论及简化公式概述

4．1．1 船桥碰撞理论概述

4．1．2 船桥碰撞计算公式概述

4．2 船桥碰撞计算控制关键因素

4．2．1 碰撞分析中的接触与摩擦

4．2．2 碰撞分析中的应变材料敏感性分析

4．2．3 数值模拟中的网格划分

4．2．4 数值模拟中的沙漏能控制

4．3 南充下中坝大桥船桥碰撞数值模拟

4．3．1 南充下中坝大桥简介

4．3．2 桥区通航船舶及船舶模型

4．3．3 桥梁有限元模型

4．3．4 桥梁动力数值模拟分析

4．4 万县长江大桥船桥碰撞数值模拟

4．4．1 万县长江大桥简介

4．4．2 桥区通航船舶及船舶模型

4．4．3 桥梁有限元模型

4．4．4 桥梁动力数值模拟分析

4．5 本章小结

第五章 大水位落差防撞设施比选

5．1 桥梁常用防撞保护措施简介

5．1．1 防撞措施分类

5．1．2 附着式防护系统

5．1．3 一体式防撞系统

5．1．4 独立式防护系统

5．2 山区大水位落差桥梁防撞措施

5．2．1 防撞设施设计流程

5．2．2 山区拱桥河流防撞设施

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间的科研成果及发表的论著