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原文传递船舶-桥梁碰撞动力分析及船撞作用下桥梁结构可靠度研究

论文题名：	船舶-桥梁碰撞动力分析及船撞作用下桥梁结构可靠度研究
关键词：	桥梁工程;结构可靠度;动力分析;船舶碰撞
摘要：	跨越水上交通航线的桥梁，都存在来自于船舶撞击导致桥梁结构损伤、倒塌的风险，船舶碰撞荷载已经成为桥梁结构规划、设计以及运营全寿命过程不可忽视的一类重要风险因素。本文在参考相关文献研究工作的基础上，结合理论推导与数值计算，对船舶-桥梁碰撞相互作用进行了分析，并研究了桥梁在船舶碰撞作用下的可靠度。主要内容包括：　　(1)对目前国内外的船桥碰撞事故、船桥碰撞问题的理论和试验研究进行了系统的介绍和总结，阐述了船桥碰撞问题研究的特点并与目前抗风、抗震等桥梁结构动力分析问题进行了比较和讨论，明确了船桥碰撞问题研究的现实意义。　　(2)详尽介绍了目前在船桥碰撞方面较为先进的美欧规范以及我国国内铁路设计规范和公路设计规范关于船桥碰撞荷载方面的相关规定。对比讨论了中美欧三个国家和地区规范关于船舶碰撞力规定方面的异同及产生差异的原因。归纳总结了目前在船桥碰撞研究中常采用的耦合动力分析方法、简化荷载时程分析方法和反应谱分析方法，讨论了这几种方法对于计算船桥碰撞响应的优点和局限性。　　(3)根据AASHTO规范对设计碰撞船舶的分类标准，采用驳船与散装货轮作为内河船舶和海轮代表性船舶，对比了两类船艏具有较大差异的船舶碰撞桥墩时在碰撞力时程、船艏变形发展、船艏变形-力曲线关系以及所致桥梁结构动力响应等方面的不同，并将两类船舶碰撞峰值力与已有规范规定的等效静力荷载进行了对比。　　(4)根据大量仿真结果和驳船碰撞方形桥墩过程中的动能守恒和动量守恒，建立了考虑碰撞速度，吨位以及方形墩尺寸的驳船正撞方墩的简化驳船碰撞荷载时程模型。提出的荷载模型通过与显式动力有限元计算结果和相关文献提出的荷载模型进行荷载时程和响应谱两方面对比得到验证，论证了采用时程荷载分析桥梁结构碰撞响应的可行性，讨论了驳船碰撞荷载时程特征点对于桥梁结构响应影响。补充推导了欧洲规范中内河船舶碰撞时程的确定方法。　　(5)推导了适用于船桥碰撞动力分析的桥梁墩顶位移及墩底剪力和弯矩的振型参与系数，指出了船桥碰撞动力分析与桥梁抗风抗震分析在荷载作用方式的不同。分析了各阶振型对于桥梁结构关心响应的贡献以及上部结构在不同阶振型对于广义质量的贡献，提出了梁桥的单墩附加两自由度简化结构模型，阐释了采用单塔模型进行桥梁结构船撞响应分析的合理性。根据桥梁的各阶模态响应，提出了适用驳船碰撞荷载的部分组合开平方法振型组合规则(SRPC)。采用等效承台刚度作为考虑桩土相互作用的简化形式并应用于船桥碰撞分析中，论证了考虑桩土作用对碰撞力及结构响应的影响。　　(6)在考虑驳船碰撞峰值力随碰撞角度变化折减的基础上，建立了基于简化时程荷载的船桥碰撞可靠度分析框架，编制了船舶-桥梁碰撞随机动力分析程序(VBCSDAP)。采用提出的分析方法对一座建成跨江斜拉桥在船舶撞击风险下的可靠度进行了讨论和评价，根据计算结果讨论了船撞作用下桥梁下部结构的易损部位和特点。
作者：	张景峰
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	秦顺全;李小珍
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文