钢板桩码头在船舶撞击下的安全性分析

摘要

改革开放以来，随着我国国民经济的持续高速发展，海洋运输业快速发展，与国外贸易量越来越大，船舶进出港频率提高，导致船舶撞击码头的事故经常发生，造成较大的经济损失和人员伤亡，带来的间接损失更是不可估量的，也给码头留下了安全隐患。板桩码头作为一种重要码头形式，具有造价便宜，结构简单，施工快速、方便，对复杂的地质条件适应性强等优点，而其中钢板桩重量轻，强度高，锁扣紧密，止水性好，沉桩容易，所以被广泛应用于大型深水码头工程中。目前在工程中，研究船与码头碰撞一般采用定性理论分析法、现场实测分析法和模型试验分析法，而有限元法才刚刚起步，但是由于定性理论分析结果较为粗糙，可能与实际情况相差较大，而现场实测分析及模型试验分析需要大量的人力、物力、财力，周期长且无法得到在各个时刻结构内部的变形及应力传递的情况。因此本文采用有限元法对钢板桩码头进行分析。
　　本文首先介绍船与码头碰撞研究的国内外现状、船舶撞击力的计算理论、方法以及板桩墙计算方法，对土体材料非线性、桩-土接触非线性和碰撞过程非线性问题进行分析，详细介绍有限元模型建立过程中单元类型选择、材料选择、接触对定义和选择等问题。
　　然后，采用有限元软件ANSYS建立数值分析模型，对钢板桩码头在自重以及后场堆货荷载作用下进行有限元分析，得到了对同类码头设计有重要参考价值结果。通过数值模拟分别计算在水平荷载作用位置、大小和角度以及回填土弹性模量E对码头钢板桩等效应力的影响，并拟合计算结果总结出一些规律。
　　最后，采用 ANSYS/LS-DYNA来研究船舶与钢板桩码头碰撞过程码头结构安全性。验证了在规范规定最大的速度撞击下码头结构的安全性，分析了撞击位置、船舶吨位、船舶速度、回填土弹性模量E对撞击力、钢板桩等效应力、胸墙压力以及土体吸收能量的影响，并将有限元计算的最大撞击力值与国内外经验公式计算值进行对比，总结出一些规律，从而为同类码头的设计和维修改造以及撞击力的研究提供理论参考依据。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 船撞码头事故简述

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 结构的非线性分析

2.1 结构的非线性问题

2.2 土体材料非线性分析

2.3 桩-土接触的非线性分析

2.4 碰撞过程的非线性分析

2.5 本章小结

第3章 钢板桩码头有限元模型的建立

3.1 有限元软件ANSYS简介

3.2 有限元法的基本思想

3.3 地质资料

3.4 有限元模型的建立以及网格划分

3.5 本章小结

第4章 钢板桩码头承载特性分析

4.1 引言

4.2 单元的选取

4.3 桩-土接触的选择

4.4 钢板桩码头的有限元分析

4.5 水平荷载的作用位置对钢板桩等效应力的影响

4.6 钢板桩的厚度t对钢板桩等效应力的影响

4.7 回填土的弹性模量E对钢板桩等效应力的影响

4.8 水平荷载的角度对钢板桩等效应力的影响

4.9 本章小结

第5章 船舶撞击下钢板桩码头的安全性分析

5.1 引言

5.2 碰撞模型的建立

5.3 桩-土接触方式的选择

5.4 船舶撞击码头胸墙的安全性分析

5.5 船舶撞击码头钢板桩的安全性分析

5.6 撞击力比较分析

5.7 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

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