大跨度桥梁基础承受船舶侧向撞击承载力研究

摘要

大跨度桥梁基础防撞一直是跨江、跨河和海湾大桥重点关注的问题。本文从瞬态动力的理论知识来简化了船桥相撞过程中的力学行为；同时回顾了单自由度、有限自由度和无限自由度体系的动力响应，引出动力放大系数是架起船桥相撞复杂的非线性动力分析与简单的静力分析之间的桥梁，进而开始对大跨度桥梁基础结构的动力放大系数进行研究。 根据动力学的知识知道动力放大系数与结构的一阶固有频率、荷载作用时间和结构阻尼比有关，在不考虑阻尼的情况下，动力放大系数就是一阶固有频率与荷载作用时间的函数。 要进行瞬态动力学分析，第一步要进行模态分析，本文应用大型通用有限元分析程序ANSYS对所搜集的12座大跨度桥梁主桥基础结构一一进行模态分析，得出有无上部结构，基础的一阶固有频率相差甚小，故可以用无上部结构的基础模型来进一步简化计算。得到结构的固有频率并得出基础结构的前三阶固有频率的振型是相似的，这是由基础结构的几何特性所决定的。通过选取特定的撞击时间(0.5s～5.0s)，对结构施加瞬态动力荷载进行有限元仿真计算，得出各特定撞击时间下的结构动力放大系数。通过对所搜集的大跨度桥梁均进行瞬态动力仿真，得到各频率下结构在各特定撞击时间下的动力放大系数表，进而总结出动力放大系数与频率和撞击时间的一般性规律。 本文是在计算和总结的基础上，对大跨度桥梁主桥基础结构动力放大系数进行研究的，其结果为今后基础结构在船撞中的动力计算带来便利。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1船撞桥事故概况

1.1.1国外典型的船撞桥事故

1.1.2国内典型的船撞桥事故

1.2桥墩防船撞研究概况

1.2.1船撞力的研究

1.2.2船撞设施的研究

1.2.3船撞概率的研究

1.2.4船撞角度的研究

1.3本文的研究工作

1.3.1研究对象

1.3.2研究意义

1.3.3研究方法

第二章船撞桥的瞬态动力学

2.1结构的静力响应

2.1.1简单结构的静力响应

2.1.2复杂结构的静力响应

2.2单自由度体系的动力响应

2.2.1运动方程

2.2.2自由振动

2.2.3任意荷载的振动

2.3有限自由度体系的动力响应

2.3.1运动方程

2.3.2自由振动

2.3.3强迫振动

2.4无限自由度体系的动力响应

2.4.1运动微分方程

2.4.2自由振动

2.4.3强迫振动

2.5动力放大系数

2.5.1单自由度体系的动力放大系数

2.5.2多自由度体系的动力放大系数

2.5.3船撞桥的动力放大系数

2.6本章小结

第三章基础结构的模态分析

3.1结构模态的求解方法

3.1.1动力方程中特征值问题的求解

3.1.2子空间迭代法的原理和步骤

3.1.3子空间迭代法需要主意的问题

3.2主桥基础有限元模型

3.2.1 ANSYS单元介绍

3.2.2有限元模型的说明

3.2.3有限元模型的建立

3.3主桥基础模态分析

3.3.1模态结果

3.3.2模态分析

3.4本章小结

第四章有限元仿真计算及规律总结

4.1瞬态动力加载

4.1.1动力大小

4.1.2加载位置

4.1.3加载角度

4.2仿真结果及分析

4.2.1相同模型

4.2.2不同模型

4.2.3分析总结

4.3本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见