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基于刚度匹配的桥梁防撞设施设计方法研究
| 论文题名： | 基于刚度匹配的桥梁防撞设施设计方法研究 |
| 关键词： | 桥梁防撞;刚度匹配;钢套箱;橡胶护舷;船撞力计算 |
| 摘要： | 本文在前人的研究基础上，借助有限元分析软件对船撞桥的动力响应进行了研究，将船、防撞设施、桥墩三者作为一个系统来分析，提出了基于“系统刚度”的简化动力分析方法,考虑防撞设施的刚度取值对船撞力的影响，从而得到不同防撞设施的合理刚度区间。同时提出基于“刚度匹配”的思想进行防撞设施的设计，并以实际工程项目为依托对防撞设施的性能进行了验证，所得主要研究成果如下: ①计算统计了我国内河常见的800DWT～5000DWT船舶的等效刚度，得出船艏刚度的数量级为104kN/m;计算统计了不同结构类型的桥墩刚度，得出桥墩等效刚度的数量级为106kN/m。 ②立足于现有简化分析模型，首次将防撞设施考虑进来，将船、防撞设施、桥三者作为一个系统，构建了基于系统刚度的简化分析模型，得到了不同船舶与防撞设施在不同刚度比下船撞力折减率变化曲线、防撞设施压缩率变化曲线，初步确定了防撞设施合理刚度范围并提出了基于“系统刚度”的船撞力简化计算公式。 ③提出基于“刚度匹配”的思想设计不同结构形式的防撞设施，通过拟静力数值模拟确定了各防撞设施的压缩刚度。其中复合材料护舷压缩刚度约为0.345×104 kN/m，复合材料套箱压缩刚度约为0.546×104kN/m;钢套箱压缩刚度约为1.83×104kN/m;橡胶护舷压缩刚度约为0.128×103kN/m。 ④对各防撞设施的缓冲吸能性能进行了对比分析，发现在相同的计算工况下，钢套箱折减船撞力9.4％;复合材料套箱折减船撞力39.6％，复合材料护舷折减船撞力45％;橡胶护舷被完全压溃。 ⑤通过对计算结果统计分析，得出了防撞设施刚度与船艏刚度之比的合理区间，其中橡胶护舷刚度与船艏刚度比大致为λ≤0.3，复合材料防撞设施刚度比大致为0.3≤λ≤0.8，钢套箱刚度比大致为0.8≤λ≤2，此结论可在防撞设计时作为参考。 ⑥依托四川泸州长江大桥防撞保护工程设计项目，对该桥进行了防撞保护设计，并进行了数值仿真分析。结果表明弧形复合材料防撞护舷能折减船撞力20％左右，复合材料套箱能折减船撞力40％左右。两种防撞设施均能够有效地降低船撞力，保护桥墩。 |
| 作者： | 郑植 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 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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