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船撞作用下斜拉桥动力响应及风险评估研究
| 论文题名： | 船撞作用下斜拉桥动力响应及风险评估研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;仿真模拟;船桥碰撞力;动力响应;风险评估 |
| 摘要： | 在我国经济繁荣的大背景下，长江流域经济高速发展，斜拉桥因其强大的跨越能力和美观性得到大量应用，而长江航道作为内陆经济运输主要方式之一，通航量与通航吨位不断增加，船舶撞击桥墩的事件时有发生，威胁到了人民的生命财产安全。所以有必要开展斜拉桥在船舶撞击作用下的动力响应与碰撞风险研究。鉴于斜拉桥体积庞大、造价高昂不易开展现场试验，在实验室进行等比例试验耗资巨大。所以，本文立足于国内外船桥碰撞研究理论，依托长江流域某大跨度斜拉桥，通过LS-DYNA模拟分析了航道两侧斜拉桥桥塔在散装货船碰撞下的力学响应。本文的主要研究内容如下： （1）讨论了基于LS-DYNA建模过程中的理论与参数设置，明确了建模所需的控制方程为Lagrange方程、接触设置为基于罚函数的面面接触、附加质量系数取0.05、材料选择、沙漏控制、桩土模拟采用桩土直接接触法。 （2）依托于实际工程，建立了精细化散装货船模型与大跨度斜拉桥塔模型，开展船桥碰撞影响因素参数化分析，考虑了碰撞水位、速度、角度等影响因素，提取了碰撞能量、碰撞力、碰撞应力，对比分析了不同因素对碰撞力的影响，分析了能量与应力波在碰撞过程中的传递规律，明确了桥塔的高危应力区。撞击初始速度与碰撞角度对碰撞力影响很大，而碰撞水位高度对碰撞力影响不明显，应力波传播有时间滞后效应，撞击区域与塔底为高危应力区。 （3）以实体分析提取的碰撞力时程曲线作为时程函数，采用Lanczos法进行特征值分析提取质量参与度高的振型周期，考虑桥梁阻尼利用直接积分法对全桥进行时程分析，研究了船桥碰撞力强度指标，探讨了碰撞速度、角度、高度等因素对全桥关键位置的动力响应，分析了三种因素对主梁、主塔关键截面的影响规律，明确了船舶碰撞过程中全桥的薄弱位置。撞击高度、速度、角度对全桥位移都有明显影响，横桥向撞击时被撞击主塔的塔顶位移最大，主梁中跨的跨中位移最大，顺桥向撞击时，主梁各关键部位沿撞击方向的位移比较接近，桥塔最大位移出现在墩顶位置。 （4）根据实际工程资料，开展船桥碰撞风险理论分析，采用《公路桥梁抗撞设计规范》对AASHTO概率模型进行修正，结合实体分析获得的碰撞力，对斜拉桥进行风险评估分析，结果表明斜拉桥两个主塔有被撞击的风险，1#辅助墩有被撞击倒塌的风险，从主动与被动两个方向提出了降低船桥碰撞风险的措施。 |
| 作者： | 刘祥 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 杜柏松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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