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原文传递山区河流桥梁防船撞柔性钢浮箱消能特性与运行可靠性评估研究

论文题名：	山区河流桥梁防船撞柔性钢浮箱消能特性与运行可靠性评估研究
关键词：	山区河流桥梁;防船撞装置;消能特性;运行可靠性
摘要：	随着内河航运的快速发展，内河航道提等升级不断推进，船舶大型化趋势加快，桥梁防船撞问题愈加突出。防船撞设施作为结构性防船撞设施，是降低船舶撞击对桥梁结构影响的重要手段，然而现有桥梁防船撞设施尚无法完全适应山区河流桥梁防船撞技术需求。　　在中国国家铁路集团有限公司重大工程科研项目的支持下，针对山区河流桥梁防船撞装置消能特性与运行可靠性评估问题，开展了如下研究工作：　　（1）针对山区河流桥梁防船撞特点及需求，分析了现有防撞装置在山区河流桥梁防船撞保护中的适应性，通过对比研究认为防撞套箱作为附着式防撞装置，具有对通航影响小、对桥区地质条件无要求、全方位防护、适应大水位变幅、造价相对较低等优点，在山区河流桥梁防撞工程中的依然具有很好的研究前景。利用水流三维数值仿真计算方法，对防撞浮箱的基本布置型式进行优化对比分析，提出了防撞装置圆形艏尾结构形式。结合山区河流桥梁消能要求及抗撞性能标准，提出了基于内置钢管消能的新型防撞钢浮箱结构。　　（3）利用ABAQUS结构分析有限元软件，建立了船舶撞击桥墩的全尺度有限元模型，开展了船撞非线性过程模拟试验，并将模拟试验所得的船舶撞击力与经验公式计算值进行了对比，对有限元模型进行验证与优化。在此基础上，建立了船舶撞击桥墩防撞浮箱的全尺度有限元模型，对新型防撞装置的不同内部消能结构消能特性进行了分析，通过对比计算结果，对防撞浮箱内部消能管状钢结构参数与布置型式进行了优化。　　（4）针对优化后的防撞浮箱结构，通过模拟分析得知，最大船舶撞击力峰值降低为28.42MN，平均碰撞力降低为12.09MN，船撞力较直接撞击桥墩峰值减小约31.05%，平均碰撞力减小约40%，船舶动能71.12%左右由防撞装置的塑性变形能所吸收，新型装置有效的保护了桥墩和船舶，体现了良好的消能效果。　　（5）针对山区河流大水位变幅与桥墩截面变化的特点，提出了一种兼顾适应大水位变幅与桥墩截面变化的防撞浮箱导向运行结构方案，通过在防撞装置顶部安装有8个限位导向机构，在适应桥墩变截面特点的基础上，使防撞套箱随水位升降自动上下浮动。　　（6）参考小样本可靠性强化评估理论，将荣吉利火工机构可靠性评价理论运用于浮式防撞装置可靠性评估，将新型浮式防撞装置的性能可靠性量化为防撞装置随水位变化自适应运动的动力值大于装置阻力值的概率。建立了比尺为1:25山区河流新型浮式防撞装置运行可靠性强化物理模型，并针对新型导向运行机构方案，开展大比尺物理模型可靠性强化试验，分析了流速、水位变化、波浪等因素对新型防撞装置的运行可靠性的影响规律，优化了导向运行结构方案，验证了该新型防撞装置在运行可靠性方面的优越性。
作者：	丘宇杭
专业：	水利工程;港口、海岸及近海工程
导师：	吴俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022