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随着我国交通建设的日益进步与发展,基础设施的日益完善,水运行业的繁荣,船桥碰撞事故发生的概率也在不断增加。船撞桥事故的破坏性是惊人的,不仅会导致船舶毁伤、桥梁损伤甚至于倒塌,而且给人们的生命财产安全及社会经济发展造成巨大的损失。本文以浪河特大桥为实际工程背景,利用有限元仿真软件Ansys/Ls-Dyna对UHPC防撞浮箱和500DWT驳船进行船舶与桥墩碰撞过程建模和桥梁防撞装置的研究,通过对碰撞过程最大撞击力、能量转化关系、船艏最大撞击深度和速度变化情况等因素展开分析,同时考虑船舶撞击速度和撞击角度对碰撞效果的影响,对UHPC材料在桥梁防撞领域的应用提供了可靠的依据。本文主要的研究工作和成果有以下几点:
(1)总结归纳了国内外代表性的船桥碰撞事故以及国内外船桥碰撞力学的发展历程和研究概况,介绍了传统桥墩防护装置的分类方法。同时列举五种船桥概率模型和实用的船桥碰撞力计算公式,并对其进行了对比总结。
(2)对船桥碰撞问题的冲击动力问题进行了简要的讨论分析,碰撞作用下应力波的传播,船艏发生剧烈变形,继而碎裂崩落,冲击应力波及其结构面上产生的卸载波相互作用下,船艏自由表面产生了拉伸破坏。
(3)介绍了UHPC材料优异的力学特性,在掺入钢纤维后UHPC材料抗冲击能力和耐撞性得到了显著增强。提出了多个UHPC-钢纤维复合材料梁结构的密封舱室组成多舱室浮式防撞套箱。
(4)总结归纳了四种常见的混凝土动态本构模型,包括粘弹性本构模型、粘弹塑性本构模型、混凝土损伤模型、混凝土帽盖模型,其中混凝土损伤模型中的HJC模型具有适用于大应变、高压、高应变率的优点,因此选定HJC模型作为有限元仿真混凝土损伤模型进行撞击过程分析。
(5)以500DWT驳船撞击浪河特大桥桥墩为实际工程背景,以4m/s的速度正撞桥梁裸墩,研究船艏最大撞击力、能量转化关系、最大撞击深度和船舶速度的变化情况等计算结果。
(6)对船舶撞击速度和撞击角度影响因素进行有限元模拟,分别以2m/s、3m/s、4m/s、5m/s的初始航行速度正撞和相同速度下与横桥向交角0°、30°、45°、60°的条件下撞击UHPC防撞浮箱,总结防撞装置的碰撞特性,探究撞击速度和撞击角度对碰撞结果的影响。
(1)总结归纳了国内外代表性的船桥碰撞事故以及国内外船桥碰撞力学的发展历程和研究概况,介绍了传统桥墩防护装置的分类方法。同时列举五种船桥概率模型和实用的船桥碰撞力计算公式,并对其进行了对比总结。
(2)对船桥碰撞问题的冲击动力问题进行了简要的讨论分析,碰撞作用下应力波的传播,船艏发生剧烈变形,继而碎裂崩落,冲击应力波及其结构面上产生的卸载波相互作用下,船艏自由表面产生了拉伸破坏。
(3)介绍了UHPC材料优异的力学特性,在掺入钢纤维后UHPC材料抗冲击能力和耐撞性得到了显著增强。提出了多个UHPC-钢纤维复合材料梁结构的密封舱室组成多舱室浮式防撞套箱。
(4)总结归纳了四种常见的混凝土动态本构模型,包括粘弹性本构模型、粘弹塑性本构模型、混凝土损伤模型、混凝土帽盖模型,其中混凝土损伤模型中的HJC模型具有适用于大应变、高压、高应变率的优点,因此选定HJC模型作为有限元仿真混凝土损伤模型进行撞击过程分析。
(5)以500DWT驳船撞击浪河特大桥桥墩为实际工程背景,以4m/s的速度正撞桥梁裸墩,研究船艏最大撞击力、能量转化关系、最大撞击深度和船舶速度的变化情况等计算结果。
(6)对船舶撞击速度和撞击角度影响因素进行有限元模拟,分别以2m/s、3m/s、4m/s、5m/s的初始航行速度正撞和相同速度下与横桥向交角0°、30°、45°、60°的条件下撞击UHPC防撞浮箱,总结防撞装置的碰撞特性,探究撞击速度和撞击角度对碰撞结果的影响。