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原文传递桥梁墩柱船撞极限抗力计算方法及其应用研究

论文题名：	桥梁墩柱船撞极限抗力计算方法及其应用研究
关键词：	涉水桥墩;船舶碰撞;截面极限抗弯承载力;截面极限抗剪承载力;线性叠加反算法
摘要：	随着社会经济的快速发展，航运作为交通运输业的重要组成部分也不断快速发展，现代化大吨位的船舶和通航量也不断增大，内河船舶操作失控撞击涉水桥墩已经成为影响内河通航安全的重要风险之一。船舶的通航安全和桥梁的结构安全也逐渐引起人们和社会的关注，对桥梁进行船撞风险评估和桥墩防撞方案设计是一项系统性的安全保障工程，桥墩船撞极限抗力的计算也是其中重要的一部分。目前专门针对桥梁船撞极限抗力和防撞装置的设计规范或指南不多，也没有规范明确规定的船撞极限抗力计算方法，在实际工程应用中有多种不同的计算方法，且存在争议较大的问题。为了总结出一套实用性强，且快捷准确的桥墩船撞极限抗力的计算方法，给实际工程提供参考。本文首先对截面极限抗弯承载力的计算使用规范法及有限元法进行了对比研究，对截面抗剪承载力的计算常用的两种规范进行了对比研究，对船撞力作用下的全桥内力响应及合理成桥状态进行了讨论，提出了根据线性叠加原理的桥墩抗力反算方法，并使用常规正向试算的方法对其进行了验证。　　本研究的基本结论与相应成果如下：　　（1）提出了基于线性叠加原理的桥墩船撞极限抗力的反算方法，通过与常用正向试算方法的对比研究，得到了两种方法对船撞极限抗力的计算相对误差为3%~10%，线性叠加法结果较正向试算略小，船撞风险评估及防撞设计时更偏于安全。　　（2）通过采用两种方法计算了工程实例涉水桥墩的极限船撞抗力，进一步验证了线性叠加法的准确性及高效性。就桥墩船撞极限抗力计算过程而言，正向试算的方法在实际运用时更加繁琐，效率低，需要不断地试算和比较，而线性叠加反算法在知道桥梁结构的情况下，只要给定了桥墩及桩基的截面形式，材料和配筋就可以通过一次计算得到桥墩的船撞极限水平抗力。　　（3）通过截面极限抗弯承载力的对比研究，得到有限元方法结果规范方法大9%～14%，在实际工程设计中可以在规范方法计算的结果上乘以1.1的增大系数来表示箍筋的横向约束作用。在工程设计中推荐使用有限元截面分析软件计算截面极限承载能力，特别是对于任意不规则的截面有很好的适用性，更加方便快捷且计算结果更加符合实际。　　（4）通过对截面抗剪承载力的对比研究，得到《混凝土结构设计规范》与《公路桥梁抗撞设计规范》（JTGT-3360-02-2020）两种规范对截面极限抗剪能力的计算结果相差较小，混凝土规范计算值略大于抗撞规范，相对误差为5%~7%，混凝土规范相较于抗撞规范计算结果相对保守，在实际工程中可考虑二者的差异，抗撞规范更加适用于桥梁防撞的研究。　　（5）研究发现截面的抗弯承载力随着轴力的增大而增大，当轴力达到某一值时，其截面的极限抗弯承载力趋于稳定。桥墩内力的变化直接影响桥墩自身抗力，桥墩极限船撞抗力计算必须进行全桥建模，从而得到考虑船撞力作用下全桥内力响应。对于常规桥梁，尤其是墩身较高的桥墩，随着船撞力作用点的升高，船撞极限抗力呈下降趋势，在高水位时撞击桥墩有更高的风险。
作者：	李付豪
专业：	水利工程
导师：	周世良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022