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桥梁复合材料防撞设施优化设计研究
| 论文题名： | 桥梁复合材料防撞设施优化设计研究 |
| 关键词： | 桥梁复合材料;防撞设施;优化设计;数值仿真 |
| 摘要： | 随着我国交通行业的迅速发展，截止2016年底我国公路桥梁总数已超过80万座，铁路桥梁总数已超过20万座，已成为世界第一桥梁大国。桥梁结构的数量越来越多，特别是跨江跨河和跨海桥梁数量的增多使其面临的船撞风险越来越大。为了预防船撞桥梁事故，桥梁设计者采取了许多相应的防范措施，其中就包括对已修建或在建桥梁加装被动防撞装置。防撞装置的作用就是通过改变船舶的撞击方向或者减少船舶撞击力来降低对桥梁的损害，与此同时尽可能的减小对船舶和防撞装置造成的损害。在我国的许多桥梁上船桥碰撞的桥墩防护装置已经得到了一定的应用，但是对于大型防撞装置，普遍存在着一些问题，或设计的撞击承载能力大大超过了发生一般船桥碰撞的真实值，或者没有根据船舶碰撞的方式进行优化，造成了大量的人力物力财力的浪费。究其原因，主要是两方面造成:一是由于时代因素，对船舶碰撞机理及碰撞力的估算不够准确，从而错误地估算了防护装置所需要的撞击承载能力;二是其结构形式还可以进行进一步的优化，减轻结构重量，降低建设、维护成本。本文以复合材料防撞套箱为研究背景，采用数值模拟的方法，对几种防撞等级的套箱进行优化设计研究。 本文通过非线性有限元软件LS-DYNA进行船桥碰撞的仿真分析，通过MATLAB软件进行复合材料套箱的优化设计。本文主要的研究工作如下: (1)采用有限元分析的方法，建立了船舶撞击复合材料套箱模型，通过仿真分析不同防撞等级下复合材料套箱的三种不同缓冲筒布置形式，得到了船撞力和套箱撞深等动力响应时程曲线。 (2)对不同防撞等级套箱的三种不同缓冲筒布置形式分别进行拟静力有限元仿真计算，通过分析得到各套箱的压缩刚度。 (3)综合分析各复合材料套箱的动力响应和压缩刚度，归纳总结出套箱合理的刚度区间。同时找出各防撞等级套箱内缓冲筒最合理的布置形式。 (4)把套箱的外壳厚度和缓冲筒的壁厚两个参数当作设计优化变量，随机选取样本点进行数值仿真计算，得到相应的船撞力、套箱总质量和套箱吸收的总内能。然后，分别对前面选择出来的三种防撞等级的复合材料套箱，通过仿真分析得到的样本点的值，进行优化设计研究。 (5)通过具体的实际工程项目，对桥墩防船撞设计的大致过程进行介绍，同时通过仿真分析的结果验证提出的复合材料套箱合理刚度区间范围的合理性。最后，再对该防撞套箱进行优化分析。 最后，本文对复合材料套箱优化设计研究领域进行了展望，对本文部分结果进行了总结。 |
| 作者： | 张志雄 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 耿波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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