船橋碰撞理論及獵德大橋防撞裝置的性能研究.pdf

1、隨著交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，跨海和通航江河的大型橋梁建造的越來越多；與此同時，世界船舶也進(jìn)一步大型化、高速化。隨之而來的是，船舶撞擊橋梁的災(zāi)難性事故日益增多，事故所導(dǎo)致的人員傷亡、財產(chǎn)損失以及環(huán)境破壞也更加驚人。因此，近年來船橋碰撞機(jī)理特別是橋墩防撞裝置的研究得到越來越多的關(guān)注。 船舶與橋墩防撞裝置的碰撞是兩者在很短的時間內(nèi)相互作用的一種復(fù)雜的非線性動態(tài)響應(yīng)過程。碰撞過程中的不確定性因素頗多，幾乎不可能通過建立一個精確的數(shù)學(xué)模型而

2、使兩者的碰撞問題得到完全的解析。因此，隨著非線性有限元技術(shù)的日益完善和計算機(jī)硬件水平的不斷提高，碰撞的數(shù)值仿真方法越來越成為解決船橋碰撞相關(guān)問題的有效途徑。 本文在總結(jié)已有的船橋碰撞研究成果、分析橋墩各種防撞裝置特點(diǎn)、進(jìn)一步探討船橋碰撞機(jī)理的基礎(chǔ)上，針對獵德大橋9＃橋墩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、水文特點(diǎn)和通航特點(diǎn)，提出了角鋼支承的環(huán)形鋼管架的防撞裝置形式，并進(jìn)行了設(shè)計。根據(jù)顯式瞬態(tài)非線性有限元分析技術(shù)，用ANSYS/LS-DYNA軟件對船橋相

3、撞全過程進(jìn)行了仿真模擬，結(jié)合參數(shù)分析，研究防撞裝置和橋墩的防撞性能，提出了改善結(jié)構(gòu)耐撞性與吸能效果的相關(guān)措施。全文主要的研究工作如下： 1.總結(jié)和歸納了船橋碰撞機(jī)理研究的發(fā)展歷程，對這些機(jī)理進(jìn)行了比較和分析，并提出了船橋碰撞機(jī)理的發(fā)展方向。 2.概括了防撞裝置的設(shè)計要求和分類，介紹了六種防撞裝置的工作原理、適用范圍及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為獵德大橋9＃墩量身定做防撞裝置。 3.研究和討論了船橋碰撞數(shù)值仿真中所涉及的基本理

4、論和關(guān)鍵技術(shù)，分別對顯式時間積分、材料動力特性、沙漏以及接觸等問題進(jìn)行了專題研究。 4.采用顯式瞬態(tài)非線性有限元分析技術(shù)對船與帶有防撞裝置的橋墩碰撞過程進(jìn)行成功的數(shù)值仿真分析，碰撞的整個時間歷程得以全面的模擬實現(xiàn)，考察了碰撞時程中防撞裝置及橋墩的損傷、碰撞力、能量、變形、應(yīng)力等變化情況，分析其碰撞性能。 5.對防撞裝置進(jìn)行參數(shù)分析，得出此種防撞裝置在直角正碰撞情況下圓管鋼和角鋼尺寸變化對吸能效果的影響、撞擊深度與船舶的初