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原文传递大跨度悬索桥船撞响应分析

论文题名：	大跨度悬索桥船撞响应分析
关键词：	大跨度悬索桥;船舶撞击;动态响应;能量转化
摘要：	内河船队运输相比单船运输效率更高，但顶推船队系统能量巨大，一旦失控撞击桥梁，势必导致不可估量的损失。为探究大型船队撞击桥墩后的响应及其与单船撞击桥墩的差异，需进行相关的数值模拟。本文基于黄桷坪长江大桥，采用有限元分析法对大桥在单船或船队撞击作用下的响应进行分析。主要开展的工作及结论如下：　　（1）依据大桥设计文件，结合桥址处地质、水文、船舶条件以及通航条件分析得到大桥船撞工况的计算参数，包括：船撞计算水位、计算速度、船舶吨位及其可达性。结合大桥桥塔及基础形式，对大桥受撞最不利的Z2主塔在4级水位下进行单船和船队撞击模拟。　　（2）大桥主塔形状奇异、构造复杂，结构离散非常困难，加之撞击计算过程具有高度的非线性和计算速度慢的特征，因此，在保证精度的前提下缩短计算时间是建模的难点。本文在划分单元时将撞击部位详细剖分，确保主塔单元连续、严格控制单元最小尺寸、同时避免单元畸形；经过大量的单元调整、优化和试算过程，有效的缩短了计算时长，且计算结果可靠；通过分析计算，分别得到了平艏与球艏单船撞击桥塔后船撞力时程曲线、能量变化、桥塔响应以及船舶响应，并对比分析了平艏船与球艏船在撞击过程中的差异及其原因。　　（3）有关于内河航道上船队撞击大桥的问题研究极少，大型船队撞击桥梁研究还存在空白，本文首次进行了大型船队撞击大桥的完整研究。首先查阅内河船队相关资料，实地考察长江船舶间的连接方式，对船舶之间系结系统采用“撞之即断，船舶四散而开”的安全原则，利用LS-DYNA丰富的材料库对船队系结作用进行充分模拟。其次在船队模型组装完成后，按最不利情况进行了中船与边船正撞研究。最后通过计算分析，分别得到了两种撞击方式下船撞力时程曲线、能量变化、桥塔响应以及船舶响应，分析了船队撞击桥塔各阶段的特点，结果显示大型船队相比单船的撞击力提高不多。　　（4）分析船队撞击桥塔后的结果，统计船队中各个船舶的能量值及其在总能量中所占的百分比，可知其与单船撞击桥塔后大部分动能被船艏变形所吸收不同，船队撞击桥塔后，大部分动能保持不变，由船艏变形而吸收的能量占比较小。从而得出结论：大型船队相比单船虽然具有极大的动能，但在合理的系结系统作用下，船队中大部分船舶可以保持较大的速度四散而开，除直接撞击桥塔的船舶外，其余船舶损失较小或不受撞击。　　（5）将前述过程得到的大桥在单船或船队撞击作用下的撞击力施加在桥梁的MIDAS模型上，进行偶然荷载下的计算分析，并与大桥其他作用的结果进行承载能力极限状态的偶然组合，验证了大桥在船撞力和其他荷载作用下的安全性。
作者：	郑益华
专业：	土木工程;结构工程
导师：	巫祖烈
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023