桥梁及防撞设施数值模拟分析

摘要

船舶撞击是航道桥梁设计需要考虑的一个重要问题。我国还没有专用的桥梁设计规范或指南。现有的工程实践中，广泛采用AASHTO的《公路桥梁船撞设计指南》作为设计依据。因此需要进行逐步的研究积累，为编制我国的桥梁船撞设计规范做准备工作。本文的主要工作如下：　　1)以一座斜拉桥为例，进行全桥建模，完成了船-桥碰撞有限元仿真计算。得到的结论包括：①美国AASHTO规范在船头结构较柔的V型船首的船舶撞击桥梁的情况下，给出的船撞力估计偏于保守；②在5000DWT散货船的撞击下，斜拉桥无论是主塔还是过渡墩的桩底拉应力都已经超出了混凝土受拉允许范围，但主梁与主塔、过渡墩之间的相对位移较小，现有大型滑动支座可以满足其位移要求；③在船撞力分析中，应当考虑全桥模型参与承受船撞力计算，这样才能够正确求解结构关键部位的动力反应。　　2)设计了一种新型防船撞设施，并通过有限元仿真计算对这种防船撞设施的有效性进行了验证。　　3)为了使防撞设施对桥梁起到最佳的保护作用，对橡胶块的设置进行了进一步优化分析，给出了优化后橡胶块的设置层数、橡胶块的长度和橡胶块应采用的硬度。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1船桥碰撞问题的由来

1.2船桥碰撞事故与事故分析

1.2.1船桥碰撞事故

1.2.2事故分析

1.3大型桥梁下部结构

1.4桥梁防船撞保护系统

1.4.1防船撞保护系统的设置条件

1.4.2防撞保护系统的作用

1.4.3防撞保护系统的工程应用

1.5本文的主要研究工作与内容安排

附表

参考文献

第2章船舶碰撞理论与有限元碰撞计算原理

2.1船舶碰撞理论

2.1.1船舶碰撞理论发展过程简述

2.1.2船舶碰撞力学概述

2.1.3船桥碰撞经典理论及简化分析方法概述与主要规范公式

2.2有限元碰撞仿真计算原理

2.2.1结构碰撞问题的特征

2.2.2显式积分法

2.2.3接触

2.2.4碰撞计算中的关键问题

2.2.5 LS-DYNA碰撞计算分析程序

2.3本章小结

参考文献

第3章全桥船撞仿真计算

3.1斜拉桥模型和散货船模型

3.1.1忠县长江大桥

3.1.2忠县长江大桥有限元模型

3.1.3散货船模型

3.1.4模型中所使用材料的本构关系

3.2船桥碰撞力计算结果

3.2.1正撞刚性墙与刚性主塔、刚性过渡墩的船舶撞击力

3.2.2全桥模型下的船舶撞击力

3.3斜拉桥动力反应

3.3.1斜拉桥关键部位的选取

3.3.2主塔的应力与变形

3.3.3过渡墩的应力与变形

3.3.4主塔、过渡墩与主梁的相对位移

3.4单塔与全桥模型船撞计算与结果分析

3.5本章小结

附图

参考文献

第4章浮式混凝土套箱防船撞系统

4.1防船撞保护系统的基本设计原则

4.2浮式混凝土套箱防船撞系统

4.2.1设计构想

4.2.2设计撞击船舶

4.2.3缓冲消能材料

4.2.4混凝土套箱设计

4.2.5防船撞设施的经济可行性

4.3碰撞分析计算模型

4.3.1桥梁基础模型与防撞设施模型

4.3.2材料本构模型

4.4碰撞计算分析

4.4.1计算分析的目的

4.4.2计算工况选取

4.4.3计算结果及分析

4.5本章小结

本章附图

参考文献

第5章结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果