论文部分内容阅读
随着近年来水上贸易的日益繁忙以及江海上桥梁数目的不断增加,船舶撞击桥梁的事故发生次数也越来越多。船桥碰撞事故不仅会对船舶造成结构损伤和人员伤亡等灾难性后果,对桥梁的破坏也是极其显著的。为降低船桥碰撞事故发生后桥梁的损伤程度,在桥梁设计初期对船桥碰撞场景下的桥梁船撞力进行估算是十分必要的。因此,本文将运用解析法、试验研究法、经验公式法以及有限元数值仿真方法来研究船桥碰撞场景下船撞力的计算方法,主要内容如下: 第一,运用交叉单元简化解析公式计算5000DWT散货船船首结构的压溃力,并将得出的简化解析曲线与相应的准静态有限元仿真曲线进行比较,针对大倾角倾斜单元对原简化解析公式进行了修正; 第二,以5000DWT散货船的船首球鼻部分和船首外飘部分为原型,设计两种船首球鼻简化缩尺模型和一种船首外飘简化缩尺模型,并对其进行准静态压载试验,以此来验证修正后的交叉单元简化解析公式以及有限元数值仿真的正确性; 第三,将修正后的交叉单元简化解析公式与外部动力学相结合,得出了一种计算船桥碰撞场景下船舶位移-碰撞力阶段均值曲线的解析方法,并将该方法与船撞刚性墙有限元数值仿真比较,以验证该解析方法的适用性,同时提出了一种快速估算船桥碰撞场景下桥梁等效船撞力的拟合公式; 第四,分别建立3000DWT散货船、5000DWT散货船、10000DWT散货船和武汉白沙洲大桥正桥1号桥墩的有限元模型,讨论桥墩上部结构对桥梁船撞力的放大作用,并进行十三种不同工况的船撞桥有限元数值仿真计算,得到了各船撞桥工况中船舶的位移-碰撞力曲线; 第五,介绍了目前广泛使用的五种船撞桥经验公式,并和本文提出的等效船撞力拟合公式一起,计算上述十三种船撞桥工况的桥梁船撞力,再将其与有限元仿真结果进行比较;然后,从船型和动能折减两方面对等效船撞力拟合公式进行了修正,并对具有较大实际意义的两种船撞桥经验公式提出了一些修正意见。 通过本文的研究,得到了能够较准确地估算船桥碰撞场景中桥梁船撞力的计算公式,可以为桥梁设计初期阶段提供一定的参考价值。