新型GFRP柔性防船撞浮箱消能筒耗能機(jī)理及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的疾速發(fā)展，跨越江河湖海的橋梁越來(lái)越多，加之航道上通行的船舶數(shù)量、船速和噸位又不斷攀升，船只自身操控不易導(dǎo)致船舶與修建的橋梁之間的矛盾日益突出，橋梁遭受船舶撞擊的幾率也越來(lái)越高，嚴(yán)重威脅著跨航道橋梁的安全。因此研究并應(yīng)用橋墩防船撞設(shè)施迫在眉睫，一個(gè)性能良好的防船撞設(shè)施不僅能保護(hù)橋梁的安全還能保證船舶不至于產(chǎn)生過(guò)大的破損而造成沉船事故。本文主要結(jié)合重慶某大橋橋墩FRP防船撞浮箱和廣東某大橋新型GFRP防船撞浮箱的實(shí)際工程

2、案例，通過(guò)理論推導(dǎo)，結(jié)合數(shù)值仿真分析研究新型GFRP柔性防船撞浮箱內(nèi)部消能筒的耗能機(jī)理和傳力機(jī)制。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　?、偈紫雀鶕?jù)彈塑性力學(xué)中應(yīng)力-應(yīng)變的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合能量理論、薄殼應(yīng)變能理論，推導(dǎo)出計(jì)算消能筒變形能的相關(guān)公式。以圓形消能筒為例進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用能量守恒定律，根據(jù)船舶的總動(dòng)能并結(jié)合GFRP的材料參數(shù)估算出一個(gè)圓形消能筒儲(chǔ)存的應(yīng)變能。其他多邊形消能筒儲(chǔ)存的能量可以根據(jù)圓形消能筒儲(chǔ)存的能量進(jìn)行一個(gè)適當(dāng)?shù)恼蹨p（放大），折減

3、（放大）系數(shù)可由數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析得出。
　?、诶檬澜缟狭餍械闹蔷€性動(dòng)力有限元分析軟件LS-DYNA進(jìn)行GFRP防船撞浮箱內(nèi)部消能筒不同形狀的仿真分析。根據(jù)LS-DYNA計(jì)算結(jié)果分析不同形狀消能筒以變形能方式儲(chǔ)存能量的多少以及傳遞到橋墩上的撞擊力大小。驗(yàn)證上一步理論計(jì)算結(jié)果與軟件的數(shù)值計(jì)算結(jié)果是否一致，并作出相應(yīng)的調(diào)整。最后綜合計(jì)算分析結(jié)果及實(shí)際工程得出消能能力最佳、傳遞到橋墩的撞擊力最優(yōu)的某一形狀的消能筒。
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4、同樣利用LS-DYNA軟件，根據(jù)上一步確定的最合適的消能筒形狀來(lái)分析消能筒不同壁厚在承受船舶撞擊時(shí)儲(chǔ)存能量的多少以及傳遞到橋墩的撞擊力的大小。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，得出最優(yōu)的壁厚。
　　④利用LS-DYNA對(duì)進(jìn)行過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的GFRP防船撞浮箱進(jìn)行仿真計(jì)算。首先設(shè)計(jì)出優(yōu)化的浮箱，即在浮箱與橋墩接觸的箱殼面上加一波形板。該波形板通過(guò)燕尾榫與箱殼上的燕尾槽相連接。由于波形板上的燕尾榫不是連續(xù)的，可以在燕尾槽內(nèi)上下移動(dòng);在浮箱受到船舶撞擊時(shí)

5、，波形板中的半圓柱形板可以產(chǎn)生較大的變形，能夠吸收更多的能量，傳遞到橋墩的力會(huì)更小。所以有波形板的浮箱能承受大噸位船舶的撞擊，并產(chǎn)生較好的消能效果。針對(duì)波形板中的半圓柱形板，利用軟件LS-DYNA進(jìn)行半圓柱形板不同壁厚的仿真分析，得出不同半圓柱形板厚的浮箱儲(chǔ)存的能量以及傳遞到橋墩的撞擊力的大小。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，確定波形板中最優(yōu)的半圓柱形板的壁厚。
　　基于以上研究，推導(dǎo)了消能筒儲(chǔ)存變形能的理論公式，并結(jié)合軟件計(jì)算驗(yàn)證其正確性。