船撞橋墩仿真分析及下構(gòu)安全概率評(píng)估.pdf

1、在我國繁忙的內(nèi)河流域，船橋碰撞事故頻繁發(fā)生。雖然并不是每一個(gè)船撞橋梁重大事故會(huì)造成橋毀人亡，但是橋梁在船撞后的結(jié)構(gòu)安全可靠性、使用壽命等方面將受到相當(dāng)大的影響。內(nèi)陸河流橋梁橋墩通常是在深水環(huán)境中，大橋工作環(huán)境惡劣，水流力及樁土作用同時(shí)伴隨著船撞力沖擊效應(yīng)，使得橋墩結(jié)構(gòu)防撞設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，施工難度更大。無論是從安全角度考慮，還是從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度來看，工程人員都需要準(zhǔn)確地計(jì)算碰撞力，知道橋梁損傷后的影響，為維修加固決策的基礎(chǔ)。因此，快速準(zhǔn)確的

2、計(jì)算出船舶碰撞橋墩的沖擊力，利用概率統(tǒng)計(jì)方法系統(tǒng)的研究橋梁受船撞后的安全性，無論在理論上還是在工程應(yīng)用方面都具有非常重要的意義。本文基于理論分析推導(dǎo)、數(shù)值仿真模擬、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等方式，開展了以下四個(gè)方面的研究工作：
　?。?）探討內(nèi)河流域中的代表性駁船撞擊橋墩的數(shù)值仿真分析中涉及的基本理論及關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用 ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言 APDL建立精準(zhǔn)且高效的有限元模型，分析討論了船撞橋墩的接觸碰撞算法、駁船模型的簡(jiǎn)化處理方法、模型網(wǎng)格劃

3、分技術(shù)以及材料本構(gòu)的選取和其失效準(zhǔn)則的判定方法，為構(gòu)建計(jì)算駁船-橋墩撞擊力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ)。由船撞橋墩仿真分析和文獻(xiàn)中足尺試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，以K&C混凝土損傷本構(gòu)模型模擬橋墩計(jì)算碰撞力峰值與試驗(yàn)結(jié)果吻合最好。
　?。?）基于本文建立的駁船-橋墩碰撞的非線性有限元?jiǎng)恿δＰ停瑢?duì)影響碰撞時(shí)程中撞擊力峰值的各項(xiàng)因素做靈敏度分析，找出與撞擊力最相關(guān)的因素；引入有導(dǎo)師學(xué)習(xí)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則提供一系列經(jīng)過驗(yàn)證的訓(xùn)練樣本

4、，即網(wǎng)絡(luò)輸入/輸出對(duì)（高靈敏度影響因素/駁船-橋墩撞擊力峰值）；運(yùn)用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸擬合出計(jì)算駁船-橋墩撞擊力峰值的簡(jiǎn)明公式。
　?。?）基于波浪理論并考慮附加水質(zhì)量，推導(dǎo)船橋碰撞過程中，計(jì)算水流力效應(yīng)的波浪理論分析方法，分別建立無水流作用和考慮水流力作用的船撞深水橋墩的數(shù)值模型，分析比較驗(yàn)證了波浪理論分析方法的合理性及計(jì)算精確性；針對(duì)一起船撞高樁承臺(tái)橋橋墩的事故實(shí)例，采用數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的結(jié)果對(duì)比，進(jìn)行墩柱、承臺(tái)和樁基礎(chǔ)損

5、傷的系統(tǒng)研究，對(duì)撞擊作用下樁柱及承臺(tái)內(nèi)力效應(yīng)、破壞模式、破壞發(fā)生的可能部位做深入分析，結(jié)果表明在船-結(jié)構(gòu)-水多物理場(chǎng)系統(tǒng)耦合作用下，橋墩結(jié)構(gòu)高應(yīng)力發(fā)生于船撞直接接觸區(qū)、受載截面特性突變處即墩柱與承臺(tái)連接區(qū)、樁基與承臺(tái)連接區(qū)，事故中受撞擊的3＃橋墩損傷程度較大，建議采取加固措施；5＃橋墩完好，建議繼續(xù)使用。
　?。?）基于隨機(jī)FEM法和結(jié)構(gòu)可靠性分析理論，研究?jī)?nèi)河流域橋梁下部結(jié)構(gòu)遭到駁船撞擊后的安全狀態(tài)：建立橋梁下構(gòu)受駁船撞擊的概率

6、模型，該模型同時(shí)考慮船撞作用及水流作用效應(yīng)，利用拉丁超立方抽樣法（LHS）研究下構(gòu)關(guān)鍵截面承載力及船撞響應(yīng)的概率分布；將橋梁下構(gòu)視為混聯(lián)體系，采用設(shè)計(jì)驗(yàn)算點(diǎn)法對(duì)其進(jìn)行船撞后的可靠性分析，以下部構(gòu)件遭受船撞及水流力耦合作用后，橫橋向及順橋向的可靠指標(biāo)推算整個(gè)體系的失效概率。結(jié)果表明高樁承臺(tái)橋梁下部結(jié)構(gòu)在船撞及水流力耦合作用下，其關(guān)鍵截面的內(nèi)力響應(yīng)服從正態(tài)分布，采用?2擬合優(yōu)度檢驗(yàn)均達(dá)到很高的置信水平；在順橋向船舶沖撞作用下，更容易發(fā)生彎曲