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基于耐撞性的船桥碰撞防护装置的结构优化研究

王栋梁  
【摘要】:在航运业日益发展的今天,无论是海上航运还是内河航运,航行船舶的数量、吨位、航速增加地越来越快,航道日益拥挤。这也导致船舶和桥梁发生碰撞的事故愈发频繁。 对于桥梁防撞装置,目前国内和国际上有着一系列的常用结构形式,如桩群、人工岛、套箱等。由于研究起步较晚,再加上其结构设计规范的不完善,防撞装置在结构设计上依然存在一定的不合理性,还有着相当的优化空间。 本文从结构耐撞性角度入手,采用数值仿真的方法,对一艘1000吨级散货船以不同角度、不同速度撞向嘉绍大桥桥墩防护套箱进行了有限元仿真计算,分析套箱吸能特性;提出板梁壳组合结构,运用系列仿真计算,来探寻其最佳结构形式,并最终设计出新型耐撞结构,优化套箱受到来自不同方向(横桥端和顺桥端)撞击时的吸能效果。 全文的主要研究内容如下: (1)对船桥碰撞的机理和特点进行了消化吸收,分析了在数值仿真中的关键技术。 (2)进行了船桥碰撞的碰撞动力学分析,计算撞击船在不同速度和不同角度下,对套箱的横桥端和顺桥端的撞击,分析碰撞过程中能量变化情况,研究并分析套箱中不同结构部件的变形情况和吸能特性,总结现有结构的不足,并提出防撞装置的结构优化思路。 (3)根据防撞装置的布置和结构形式,设计了板-梁-壳组合结构下,管状梁的耐撞性系列仿真计算。计算防撞结构在不同初始撞击能量、不同骨材布置形式、不同管状梁尺寸下的吸能特性。最终选出了适合于嘉绍大桥防撞套箱结构的管状梁尺寸和布置方式。 (4)用板-梁-壳组合方式对套箱横桥端进行优化,在保证结构重量不变的条件下,提高其吸能效果和骨材吸能效率。通过设计多种结构形式,对套箱顺桥端进行了耐撞结构的优化,不仅降低了结构重量,同时也提高了结构的吸能效率,降低了船桥碰撞中的总变形能。并提出了更进一步的结构优化思路和建议。


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