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原文传递东海大桥防撞护栏结构设计研究

论文题名：	东海大桥防撞护栏结构设计研究
关键词：	东海大桥;防撞护栏;集装箱车辆;车辆碰撞;碰撞条件;结构计算;数值仿真
摘要：	作为上海国际航运中心洋山深水港区与上海浦东芦潮港地区的陆上通道,东海大桥是一座集装箱车辆专用的跨海大桥,设计车速每小时80公里.与普通设计车辆相比,集装箱车辆具有箱体高、车身长、吨位重、惯性大等特点,在长达32公里的跨海大桥上,如何保证集装箱车辆的安全行驶和桥梁的结构安全,是东海大桥设计的关键.其中,防止桥面失控车辆的最直接措施就是防撞护栏.因此,结合东海大桥工程实际,对防撞护栏结构进行设计研究是非常必要的,具有十分重要的理论意义和实用价值.该文在对国内外现有防撞护栏设计和研究成果进行调研综述的基础上,从防撞护栏的力学特性、设计条件、结构形式和响应确定等方面进行了分析和对比,并结合东海大桥防撞护栏的主要特点——护栏高度大、基座厚度大、横梁要求高等,设计出东海大桥防撞护栏结构为总高1.45m,由钢横梁和钢立柱以及混凝土基座组成的钢与混凝土混合式结构.为了科学合理地确定集装箱车辆碰撞条件,对上海集装箱有限公司码头全部干线集装箱进行了为期一周的抽样调查,根据样本统计分析确定出东海大桥全部交通保证率78％、集装箱车辆保证率74％的集装箱车辆长16m、宽2.48m、高3.95m、重40t.借鉴国内外不同碰撞标准,确定出集装箱车辆的碰撞车速为75％的设计车速,即每小时60公里;考虑到大型集装箱车辆的行驶特点,确定采用碰撞角度θ=15°.为了进行碰撞力作用简化计算,根据集装箱车辆碰撞条件和规范方法,按静力法计算出最大碰撞力(372kN)和平均碰撞力(237kN);根据结构动力学基本原理,推导建立了单自由度双串联弹簧车辆碰撞动力计算模型,并按动力法计算出最大碰撞力(552kN)和平均碰撞力(351kN).然后,采用结构分析软件ANSYS,对防撞护栏和桥面结构进行了车辆碰撞力作用下的有限元线性材料静力分析、线性材料动力分析和非线性材料静力分析.碰撞力作用简化计算结果表明,护栏基座和桥面板混凝土局部应力水平较高,已经超过了钢材的屈服极限,且有可能超过钢材的极限应变,造成护栏(横梁或立柱)被拉断.因此,有必要采用更加精确的方法,确定横梁和立柱的最大应变是否超过材料的极限应变.采用法国PAM-CRASH分析软件,对集装箱车辆与防撞护栏的碰撞过程进行了四种不同条件下的数值仿真分析,其中包括标准横梁和大直径横梁护栏条件下分别碰撞立柱和横梁跨中的不同工况.碰撞过程数值仿真分析结果表明,集装箱车辆列车与防撞护栏的碰撞会发生两次,即牵引车碰撞和半挂车碰撞,最大碰撞力在340kN至360kN之间;护栏最大应变一般发生在立柱与中横梁或上横梁的连接上,最大应变值为0.18至0.23,小于钢材的极限应变0.33;在碰撞过程中,集装箱半挂车仅产生了很小的侧倾角,并能很快恢复到稳定位置,因此可以认为碰撞过程中不会发生集装箱列车的倾覆事故.
作者：	张剑英
专业：	结构工程
导师：	胡世德;林元培
授予学位：	硕士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文