不同截面形式桥墩在遭受船舶刮擦碰撞时的安全评价

摘要

传统船桥碰撞问题的仿真分析思路是:建立精细的船桥碰撞有限元模型，重现船桥接触、碰撞力、损伤变形、能量吸收的时程分析等，以期对船桥碰撞过程的真实模拟。同时传统船桥碰撞问题的研究对象一般是设有防撞设施的通航桥跨。然而对于大跨径桥梁的众多非通航桥孔来说，桥墩设计船撞力较小，且通常不设置防撞设施，在较小船舶贪图方便或者船舶失控等情况下，非通航桥孔的桥墩有被船撞的可能。同时，在上述情况下，发生正面船撞桥墩的可能性很小，而发生船舶擦挂的可能性更大，因此，非通航桥孔桥墩受到船舶擦挂带来的威胁是不容忽视的，对于非通航桥墩受船舶擦挂的研究是很有必要的。本文研究的主要目的在于:研究非通航桥孔不同截面形式桥墩受船舶刮擦碰撞的相对安全性，并进行安全评估。本文主要研究工作包括:
　　①以广泛深入的文献调研为基础，总结了国内外学者对于研究船桥碰撞问题的研究方法和所得结论，引出本文研究不同桥墩截面形式受船舶刮擦碰撞的必要性，并选定了圆形截面和矩形截面两种不同截面形式的桥墩作为本文研究对象。
　　②通过有限元模拟桥墩与船舶发生刮擦碰撞，研究船舶中轴线与刮碰点之间的距离，刮碰点法向方向与船舶中轴方向的夹角等因素对桥墩受船舶刮擦碰撞的影响，并给出相对安全性评价。
　　③通过模拟不同吨位（50吨，150吨）船舶刮擦碰撞圆形截面形式桥墩与矩形截面形式桥墩，以盖梁位移，墩身碰撞点位移，系统动能等为参数，讨论两种截面形式桥墩的优劣，并给出相对安全性评价。
　　④通过给定不同的摩擦系数，研究摩擦系数的不同对船舶刮擦圆形截面形式桥墩后对桥墩的相对安全性，并给予评价。
　　⑤通过研究船舶运动方向与横桥向的夹角对船舶刮擦桥墩，对不同截面形式桥墩的相对安全性给予评价。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景

1．2 国内外研究现状

1．3 船撞风险概述

1．3．1 桥梁倒塌概率的计算

1．3．2 桥梁年倒塌率的计算

1．4 船撞力研究概述

1．5 本文研究方向

1．6 本文的主要研究内容

第二章 有限元碰撞问题

2．1 ABAQUS显式求解法

2．2 接触界面

2．3 接触属性

2．4 碰撞问题的处理方法

2．5 船桥碰撞的能量问题

2．6 船桥碰撞的沙漏问题

2．7 碰撞的混凝土模型

2．8 本章小结

第三章 结合实例建模

3．1 研究问题的一个原型

3．2．1 九江大桥事故(矩形截面形式桥墩)

3．2．2 广东九江大桥技术评估会结论情况通报

3．3 研究问题的第二个原型

3．3．1 斜塘大桥船撞事故(圆形截面形式桥墩)

3．3．2 斜塘大桥技术评估报告

3．4 结合上述现状提出本文研究问题

3．5 几何建模

3．5．1 引桥模型

3．5．2 刮擦船舶建模

3．5．3 定义相互作用

3．5．4 定义荷载和边界条件

3．6 本章小结

第四章 数值分析

4．1 计算原则

4．2 图形过程分析

4．3 影响计算精度的沙漏控制

4．3．1 减缩积分的沙漏(伪应变)

4．3．2 沙漏控制

4．3 探讨刮碰点的不同对结果的影响

4．3．1 系统各部分动能变化曲线

4．3．2 盖梁位移和墩身碰撞点位移

4．3．3 摩擦耗散、动能和应变能

4．4 刮碰两种截面桥墩的模拟分析

4．4．1 盖梁位移

4．4．2 墩身碰撞位置最大位移

4．4．3 摩擦耗散能

4．4．4 动能

4．4．5 应变能

4．4．6 墩底反力

4．5 改善摩擦系数对结果的影响

4．5．1 盖梁位移

4．5．2 墩身碰撞点位移

4．5．3 摩擦能耗散

4．5．4 动能

4．5．5 应变能

4．5．6 墩底反力对比

4．6 刮碰夹角的影响

4．6．1 盖梁位移和墩身碰撞点位移

4．6．2 摩擦耗散

4．6．3 动能、应变能

4．6．4 墩底反力

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间研究成果