船舶撞击大型桥梁桥墩力学行为及其防护研究

摘要

船撞桥墩是造成桥梁损毁的常见事故之一。精确地估算船撞事故中的冲击力,能够对一次船撞事故中桥梁结构的内部响应以及碰撞行为对桥梁结构损伤的影响进行可靠地评估,以便设计出能够抵抗相应影响的桥墩。在对船舶-桥墩碰撞事故进行数值模拟计算时,之前的研究成果大多是在假定桥墩是刚性或弹性的前提下得出的,没有考虑船舶与桥墩之间的相互作用。实际上,在碰撞过程中,桥墩材料会由于吸收冲击能量发生塑性变形而损坏;同时,延长了船舶与桥墩之间相互作用的时间,因此,这种情况下估算出来的冲击力有一定误差。本文中,用ANSYS建立一种驳船-桥墩碰撞数值模型,桥墩建模时,混凝土材料采用HJC本构模型,钢筋采用塑性随动强化本构模型,力求与实际桥墩特性相吻合。参考现有研究成果中的一些有效数据对模型进行校准。
　　文中主要计算:不同碰撞速度下刚性和弹塑性材料桥墩受到的冲击力与船艏压溃深度;不同碰撞速度与不同碰撞质量下弹塑性材料桥墩受到的冲击力、桥墩的内部能量、桥墩顶部侧向位移以及船艏压溃深度;桥墩上部支撑重量不同时,桥墩的冲击力和顶部侧向位移。通过对计算结果的分析与研究,得出的结论可以为桥墩防撞设计提供一定的参考。同时,文中对桥梁防撞装置的研究现状也进行了概述。

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第一章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

1.2船桥碰撞机理研究概况

1.3桥梁防撞装置概况

1.4本文研究的主要内容

第二章 钢筋混凝土本构模型理论

2.1 选择材料本构模型的意义

2.2混凝土动态力学模型研究概况

2.3 本文选用的钢筋混凝土本构模型

2.4 本章小结

第三章 船-桥碰撞仿真模型的建立

3.1船-桥碰撞力学有限元数值仿真方法简介

3.2船和桥墩的选型

3.3驳船-墩柱有限元模型

3.4数值模型校准和接触定义

3.5本章小结

第四章 船-桥碰撞数值模拟和讨论

4.1数值模拟不同材料假定的桥墩

4.2结构损伤历程与内部能量

4.3冲击力和碰撞持续时间

4.4桥墩顶部侧向位移时间历程

4.5船艏压溃深度时间历程

4.6碰撞质量和速度参数研究

4.7桥墩支撑质量的影响

4.8本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文完成的主要工作与得出的结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况