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FRP防护装置在船桥碰撞中的应用研究
| 论文题名： | FRP防护装置在船桥碰撞中的应用研究 |
| 关键词： | 船桥碰撞;FRP防护装置;应力波;变形耗能;数值模拟 |
| 摘要： | 随着交通运输的蓬勃发展，横跨通航河道的桥梁与船舶之间形成了天然的矛盾。由于通航环境、船舶状况、管理因素、人为因素等各方面的原因造成的船舶与桥墩之间的碰撞不可避免。桥墩是确保桥梁整体性和安全运营的重要结构，为了避免船桥碰撞事故的灾难性后果，针对桥梁进行防船撞研究具有十分重要的现实意义。 本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法。首先基于冲击动力学原理，利用应力波理论，证明了FRP防护装置降低船撞力的内在机理。然后开展了船桥碰撞数值模拟研究，通过对比分析无防撞装置、钢防撞装置以及FRP防撞装置三种工况，评价了FRP防撞装置的防撞性能。接着针对FRP—钢组合板进行了优化分析，并提出了两种FRP—钢组合防护装置，对其变形破坏过程进行了数值模拟分析，评价了其防撞性能。最后针对船桥碰撞的影响因素进行了参数分析，包括船舶撞击速度、船舶质量、撞击角度、船首刚度等，并对规范公式进行了分析和评述。本文的主要成果如下： （1）FRP材料的低波阻抗特性是FRP防撞箱降低撞击力的内在原因，相对于钢防撞箱，FRP防撞箱能充分发挥柔性缓冲作用，显著增加碰撞作用时间，使桥墩受到的撞击力峰值减少36%，船舶受到的撞击力峰值减少30%，同时保护桥墩与船舶。 （2）钢防撞箱主要表现为局部变形耗能，FRP防撞箱主要表现为整体变形耗能和摩擦耗能，耗能模式多样。钢防撞箱易在局部形成塑性变形区，造成较大的集中撞击力，而FRP防撞箱将较大的集中撞击力转化为较小的分布载荷，能充分发挥防撞箱的整体效果。FRP防护装置整体刚度相对较低，防护装置在船舶撞击载荷作用下发生了较大的变形。 （3）组合板F5的抗冲击性能和吸能性能优于组合板G5。组合板的钢管位置和间距对组合板的抗冲击性能有较大影响，随着钢管厚度的增加，组合板的抗冲击性能增加，组合板塑性变形吸收的能量先增加后减少。 （4）FRP—钢组合防护装置外围FRP板可以发挥柔性缓冲效果，降低撞击力，增加防护装置的耐腐蚀性，中间的钢管结构可以变形耗能，降低防护装置的造价。相对于FRP防护装置，FRP—钢组合防护装置保护效果明显。 （5）各国规范公式在相同条件下计算得到的撞击力相差较大。AASHTO规范适合船舶低速撞击情况，中国铁路规范撞击力经验公式适合较大角度斜撞工况。船舶撞击速度、船舶撞击质量、船舶撞击角度以及船首刚度对撞击力影响较大，而常用的规范公式中一般仅考虑了撞击速度和撞击质量的影响，经验公式仍需进一步完善。 |
| 作者： | 喻钊 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 胡志坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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