长山大桥船桥碰撞有限元分析

摘要

随着科学技术和经济的快速发展，我国跨江、跨海峡大桥的建设进入了新的发展阶段。在繁忙的河流和海峡之上，桥梁有时会被船舶撞击而导致破坏或倒塌。船桥碰撞事故不但会对人的生命财产造成危害，也会给交通带来不便。为了在事故发生后及时修复和加固桥梁，研究碰撞损伤时必须深入了解船桥碰撞的机理，从而正确评估桥梁情况。由于进行实体试验几乎不可实施，故采用计算机软件对碰撞事故进行仿真模拟乃是当前主要的使用方法。
　　本文通过非线性有限元软件Ls-dyna对碰撞过程进行了数值模拟分析，比较分析不同工况的结果，对桥墩损伤后的承载能力及碰撞后的影响进行探讨，采用层次模糊综合分析法，对桥梁进行损伤评估，为下一步的修复工作提供了科学依据。具体研究内容如下:
　　(1)本文提出船桥碰撞研究的目的和意义，介绍有限元模拟的基本原理和方法，以及在研究过程中应注意的关键问题和数值模拟方法。
　　(2)以长山大桥为主体进行建模，对桥梁不同结构建立不同单元模型，分析探讨桩土效应对撞击结果的影响，研究船撞单墩、船撞全桥、刚体船撞全桥三种计算模型的差异，选定整船整桥模型作为本文数值计算的模型，在此基础上进行后续计算分析。
　　(3)在熟悉本文研究的目的和理论的前提下，对几种情况下的碰撞过程进行了模拟，利用Ansys Ls-dyna进行求解，采用Ls-prepost进行后处理。研究了不同因素对撞击力的影响，包括船的初速度、船首的厚度、碰撞的水位、碰撞的角度等。
　　(4)选取高水位顺桥向、横桥向正撞及常水位顺桥向正撞三种工况，分析撞击对桥墩承载力的影响，并对桥墩进行评估。
　　(5)本文介绍桥梁评估的方法，结合模糊综合评估方法与层次分析法对碰撞后的桥梁进行损伤评估。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 船桥碰撞的国内外研究概况

1．3 船桥碰撞的研究方法

1．3．1 理论分析法

1．3．2 试验法

1．3．3 有限元分析法

1．4 本文的主要研究工作

第2章 有限元数值模拟方法

2．1 引言

2．2．2 ANSYS／LS-DYNA的一般分析过程

2．3 有限元模拟关键技术

2．3．1 接触

2．3．2 摩擦

2．3．3 沙漏的控制

2．3．4 材料损伤

2．3．5 流体处理

2．4 本章小结

第3章 船桥碰撞模型

3．1 长山大桥概述

3．1．1 工程概况

3．1．2 主桥设计

3．1．3 桥区设计基本资料

3．2 整桥数值模型

3．2．1 钢筋混凝土的等效模量

3．2．2 桥梁上部结构

3．2．3 桥墩

3．2．4 混凝土本构模型

3．3 桥梁静力分析与模态分析

3．3．1 静力分析

3．3．2 模态分析

3．4 船舶计算模型

3．5 桩土作用

3．5．1 p-y曲线

3．5．2 桩土作用相互模拟的方法

3．5．3 计算对比

3．6 三种模型的评述

3．7 本章小结

第4章 船桥碰撞数值分析

4．1 综合介绍

4．2 碰撞结果及分析

4．2．1 船艏厚度对撞击结果的影响

4．2．2 船舶初速度对撞击结果的影响

4．2．3 不同方向对撞击结果的影响

4．2．4 不同水位对撞击结果的影响

4．2．5 不同角度对撞击结果的影响

4．3 本章小结

第5章 碰撞损伤对桥墩承载力的影响及局部评估

5．1 损伤理论

5．2 桥墩受压承载力研究

5．2．2 桥墩承载力分析

5．3 局部评估

5．4 本章小结

第6章 碰撞后桥梁损伤评估

6．1 桥梁损伤评估

6．2 桥梁层次模糊损伤评估方法

6．2．1 评估步骤

6．2．2 撞击后桥梁评估

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介