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移动车辆和波浪荷载联合作用下离散浮箱式海上浮桥的动力响应研究
| 论文题名： | 移动车辆和波浪荷载联合作用下离散浮箱式海上浮桥的动力响应研究 |
| 关键词： | 离散浮箱式海上浮桥;车桥耦合;流固耦合;动力响应;协同仿真 |
| 摘要： | 本文针对离散浮箱式海上浮桥这一新型跨海交通设施，通过计算流体力学（CFD）的方法模拟计算浮箱与波浪的相互作用，有限元法模拟浮桥上部结构和车辆荷载，并用协同仿真建立二者之间的联系，进行其在移动车辆和波浪荷载联合作用下的响应研究。 在ABAQUS中利用弹簧阻尼单元建立三维空间整车模型并通过变形协调条件实现车桥相互作用；在Star-CCM+中利用VOF一阶波模拟波浪作用；结构求解器ABAQUS和流体求解器Star-CCM+在每个时间步之间交换压力和节点位移来实现流固耦合。分别从波浪作用、车辆作用以及流固耦合三方面对本文采用的数值模拟方法进行验证。 以一座钢桁架桥为例，建立了波浪-车辆-浮桥相互作用系统。不同周期的波浪荷载作用下，各个浮箱的位移都呈现从两端向中间逐渐增大的趋势；浮桥的竖向位移单调增加，而横向位移先增加后减小。对于没有系泊装置的浮桥，横向响应远比竖向响应对波周期的变化更敏感，且要远大于竖向响应，在浮桥结构的设计中应尽量避免其一阶横弯频率和波浪的周期相近。系泊装置并不会降低所有波周期下的浮桥响应，应根据实际工程中显著波周期设置。针对波浪和车辆联合作用的工况，引入浮桥的动力放大系数，其随着车辆质量的增加而增加，随着车辆行驶速度的增加先增加后减小，进一步给出了不同车速下浮桥各跨中的理论峰值弯矩以供设计参考。 由于横向波浪荷载的重要影响，本文还选取了与钢桁架浮桥具有相同跨度、相近桥宽，但横向刚度更大的混凝土箱梁桥作为浮桥的上部结构。相较于钢桁架浮桥，混凝土浮桥的竖向的位移和支座内力都小幅度减小；而横向位移虽然显著减小，但是支座处的内力也明显增大，在实际工程中应注重其支座设计。本文还模拟了一简单车流通过混凝土浮桥，结果表明中间三跨的跨中弯矩相较于两辆车并排驶过的工况反而有所减小，而边跨跨中弯矩明显增大，进一步说明了对于混凝土浮桥应更加关注边跨的结构设计。 |
| 作者： | 刘善权 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 左晓宝;蒋冬启 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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