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竖向曲线塔墩船撞分析及FRP组合式钢套箱防撞性能研究
| 论文题名： | 竖向曲线塔墩船撞分析及FRP组合式钢套箱防撞性能研究 |
| 关键词： | 大跨度跨江桥梁;竖向曲线塔墩;船桥碰撞;FRP组合式钢套箱;防撞性能 |
| 摘要： | 随着中国水路交通的快速发展，大跨度跨江桥梁的数量以及航道流量不断在增加，近年来船桥碰撞事故频繁发生，造成巨大的人员伤亡和经济损失。目前中国的船桥碰撞研究还不完善，特别是针对大尺寸异形塔墩以及吸能材料的研究过少，随着桥梁设计越来越追求多功能性以及美观性，未来异形塔墩的应用会更加广泛。本文基于白居寺长江大桥工程，采用数值模拟的方法，对大跨度斜拉桥异形塔墩开展了船桥碰撞以及防撞装置研究。 首先，对船桥碰撞经验公式进行了介绍，从撞击速度和船舶吨位两方面对比讨论了国内外经验公式的规律，说明了进行有限元仿真模拟的必要性。根据依托工程实际情况，确定船舶撞击的相关参数，采用在碰撞研究领域应用广泛的有限元分析软件LS-DYNA模拟了船舶撞击大跨度斜拉桥竖向曲线桥塔的过程，同时对比了不同桩土相互作用模型的计算结果，包括台底固结法、假想嵌固点法和有限域土体法。在综合考虑计算成本和计算精度的情况下选择距地面三倍桩径深度处固结桩基础来模拟桩土相互作用。 其次，采用控制变量法调整船桥碰撞有限元模拟中的船舶撞击速度、船舶载重吨位、船舶撞击水位和船舶撞击角度，得到了不同工况下的撞击力-时程曲线、能量-时程曲线、关键节点位移-时程曲线、船舶速度-时程曲线、船舶撞深-时程曲线以及船艏、主塔和桩基础的应力云图。通过对有限元结果的对比分析以及结合经验公式，总结出不同参数对船舶撞击竖向曲线塔墩过程中撞击力等动力响应的影响规律。 最后，介绍了目前主流的防撞措施，基于本工程塔墩的特点以及桥区实际情况，提出了应用纤维增强复合材料（FRP）的自浮式防撞钢套箱。选取5000t代表性船舶在最高水位分别撞击裸塔、装配普通钢套箱的桥塔以及装配FRP组合式钢套箱的桥塔，研究船撞过程中撞击力、系统能量变化、船舶及钢套箱撞深、主塔及桩基础应力等的变化规律，进而分析防撞装置的防护性能。通过对比分析结果可知，装配钢套箱可以有效降低船桥碰撞过程中的动力响应极值，其中FRP组合式钢套箱具有更好的防护效果。 |
| 作者： | 刘畅 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 何雄君 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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