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桥梁承台分水尖及钢套箱防撞性能研究
| 论文题名： | 桥梁承台分水尖及钢套箱防撞性能研究 |
| 关键词： | 船桥碰撞;数值模拟;钢套箱;防撞性能 |
| 摘要： | 船撞问题是威胁桥梁安全运行的一个重要影响因素，桥梁防撞装置防撞性能的好坏是能否减小船桥损伤的重要依据。目前，国内外对船撞桥的碰撞机理已有研究，但对于承台分水尖、钢套箱及其组合防撞装置防撞性能的研究较少。 本文建立船舶、承台、防撞装置、桩、土体的模型，利用有限元方法对分水尖、钢套箱、钢套箱和分水尖组合以及钢套箱和弹簧组合的防撞性能进行研究。最后对港珠澳大桥防撞钢套箱的效果进行分析。研究结论如下： 1）承台分水尖防撞装置：在碰撞中可以拨开船头，碰撞结束后船舶带走大部分的初始动能。降低了碰撞中的能量交换，减少碰撞时长T、最大船撞力Fmax和最大承台总位移Dmax。综合最大船撞力、最大承台总位移、碰撞时长、碰撞过程中能量交换以及同时利用承台顺桥向和横桥向的水平抗力等因素，当α为75°时，分水尖的防撞性能最好。 同时，在分析最大船撞力Fmax随分水尖角度α、船舶吨位W等因素变化规律的基础上，提出了最大船撞力的计算公式。 2）钢套箱防撞装置：其防撞性能与相对刚度Kp/Ks有很大关系。最大船撞力Fmax、最大承台总位移Dmax随相对刚度的增大而先减小后增大。当相对刚度大于60左右时，最大船撞力、最大承台总位移基本保持不变。当相对刚度 Kp/Ks在20~40之间时，防撞钢套箱具有较好的防撞效果。 而碰撞全过程的冲量I随相对刚度Kp/Ks的变化关系近似为指数形式。冲量I随着相对刚度的增大而逐渐增大。当相对刚度大于60左右时，冲量基本不变。在此基础上提出了冲量的计算公式。 3）组合防撞装置与分水尖、钢套箱等四种防撞装置性能比较：在相同船撞条件下，就减小最大船撞力Fmax而言，钢套箱与弹簧的组合防撞装置最好；就碰撞全过程的冲量I而言，分水尖防撞装置的最小；就最大承台总位移 Dmax、船舶最终变形能 E船以及钢套箱最终变形能 E箱的控制而言，钢套箱与分水尖的组合模型效果最好。 4）针对港珠澳大桥主墩承台的船撞设计，研究其防撞钢套箱的防撞效果。正撞情况下，能够降低37.7%左右的最大船撞力Fmax和53.5%左右的最大承台总位移Dmax；侧撞时能够降低43.9%左右最大船撞力和18.6%左右的最大承台总位移，均能够满足桥梁设防要求。本文提出的最大船撞力和冲量公式的计算结果与港珠澳大桥的防撞数值模拟结果接近。 |
| 作者： | 吴官正 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 程晔;过超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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