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原文传递桥梁防撞夹层结构耐撞性研究

论文题名：	桥梁防撞夹层结构耐撞性研究
关键词：	跨江跨海大桥;防撞夹层结构;优化设计;船桥碰撞过程;数值仿真
摘要：	我国的海陆运输交通系统正处在一个高速发展的时期，伴随而至的是越来越多的跨江跨海大桥的建设。这些桥梁在改良交通运输的同时，无形之中也成为了船舶通航的障碍物。近年来，船舶撞击桥梁而引发的恶性事故在全世界都常有发生，这样的事故通常会造成灾难性的经济损失、人员伤亡以及极其恶劣的社会影响。因此，船舶与桥梁的碰撞问题的相关研究受到了世界各国专家与学者的普遍关注和探讨，桥梁防撞设施就在此背景下应运而生。　　本文以这样的背景为基础，基于非线性有限元理论，对船桥碰撞的过程进行了数值仿真分析。考虑到夹层结构具备良好的耐撞性，本文对进行夹层结构的设计进行优化以及性能分析，得出一种吸能效果良好的结构尺寸。以此为基础，针对10000吨级船防撞需求设计了吸能效果很好的防撞设施，并进行结构性能分析，推导出相关的经验公式。　　本文分为五章；第一章绪论，介绍了船桥碰撞问题以及桥梁防撞设施的研究背景和研究意义，列举了国内外船桥碰撞的恶性事故，并且介绍了国内外专家学者针对船桥碰撞问题的研究概况；第二章介绍了目前国内外常用的船舶碰撞力的经验公式，使用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了一艘10000吨散货船的有限元模型，与刚性桥墩进行了不同工况下的碰撞仿真，并且将有限元仿真的计算结果与现有的常见的经验公式的计算结果进行了对比，进行了经验公式的适用性分析，讨论了各经验公式的优缺点；第三章介绍了常见的夹层结构的形式以及各形式的夹层结构的优缺点，构想了一种新型的夹层结构，并且对夹层结构的不同的内部尺寸在准静态和碰撞下的响应进行了仿真分析，得出了一种耐撞性能良好的结构尺寸；第四章是本文的核心内容，针对长江流域的跨江大桥设计一种夹层结构桥梁防撞设施，并且用有限元数值仿真的分析方法研究防撞设施的耐撞性能，结合已有的船舶碰撞力经验公式针对此防撞设施拟合出一种新的经验公式，能够对船舶航行状态进行危险预估，从而规避碰撞风险；第五章对全文进行了总结，并且对未来的研究工作进行了展望。本文取得了如下成果：　　（一）目前常见的船舶碰撞力的经验公式大体上都与船舶排水量以及船舶的撞击速度有关。都有其各自的适用性，在使用的时候要考虑公式的适用范围；　　（二）本文在常见的夹层结构基础之上，提出了一种新型的夹层架构，即X型夹层结构，并对X型夹层结构的内部尺寸进行了分析，以单位质量的能量吸收量为指标，得出了当X型夹层结构的最优尺寸；　　（三）本文构想了一种基于有限元的吸能结构设计方法研究，在已知碰撞初始状况的前提下，估算出碰撞结果，包括最大碰撞力和撞深，对是否会出现危险情况作出预判，实现安全预警；　　（四）将X型夹层结构运用到实际的桥梁防撞设施，对船舶撞击防撞设施的过程进行了数值模拟，结合已有的经验公式，推导出了针对此防撞设施的碰撞力以及撞深的经验公式。
作者：	蔡昆
专业：	船舶与海洋工程
导师：	许明财;鲍莉霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文