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《湖南大学》 2018年
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钢—UHPFRC组合防撞结构冲击试验及分析研究

郭伟  
【摘要】:船舶撞击桥梁结构的事故时有发生,有多种多样的防撞措施和装置运用于实际工程中以规避或减少碰撞产生的危害。目前桥梁工程中广泛采用的钢套箱防撞装置,存在钢面板容易被刺穿、耗能模式不稳定、与船舶碰撞过程中容易诱发火灾、耐久性差等不足。为此,湖南大学樊伟副教授提出了一种新型的钢—UHPFRC组合防撞装置,可有效的解决钢套箱的缺点,在实际工程应用中具有巨大的潜力和良好的前景。本文通过落锤冲击试验、数值模拟对钢—UHPFRC组合防撞新结构的抗冲击性能进行了研究,主要内容和结论如下:(1)开展了波折钢板—UHPFRC和波折钢板—NC组合防撞结构的落锤冲击试验,研究了波折钢板厚度、面板材料、钢筋间距和锤头形状对波折钢板—UHPFRC组合防撞结构抗冲击性能的影响,使用位移计记录了组合防撞结构的位移、测量了波折钢板的应变,采用高速摄像机记录了冲击荷载作用下组合防撞结构的变形全过程。总体而言,波折钢板的厚度对波折钢板—UHPFRC组合防撞结构的变形影响最为敏感;面板材料对波折钢板—UHPFRC组合防撞结构的变形影响次之;锤头形状和钢筋间距对波折钢板—UHPFRC组合防撞结构的变形影响较小。(2)在分析比较LS-DYNA软件中普通混凝土材料本构模型的基础上,基于UHPFRC材性试验(单轴试验、双轴试验、三轴试验和静水压力等试验)数据,对连续帽盖模型(CSC模型)进行了修正,获得了可用于模拟UHPFRC构件冲击动力行为的本构模型。通过采用文献中的UHFPRC梁冲击试验进行验证,结果表明:文献提出的KCC修正模型预测UHPFRC梁冲击响应时存在不足,而本文建立的CSC模型可较为准确地估计UHPFRC梁冲击作用下的响应。(3)基于非线性显式动力有限元技术,建立了波折钢板—UHPFRC组合防撞结构冲击分析模型,数值分析结果表明:使用修正后的CSC模型模拟UHPFRC,无论是冲击力时程,还是组合防撞结构的位移,数值模拟结果与试验都较好地吻合,说明了本文建立波折钢板—UHPFRC组合防撞结构冲击分析模型方法的有效性和合理性,为该类新型组合防撞结构在实用工程的运用及分析提供了基础。(4)以实际工程为例,采用本文建立的数值模拟方法对波折钢板—UHPFRC组合防撞装置的抗冲击性能进行了评估。结果表明:波折钢板—UHPFRC组合防撞装置可以有效地降低船舶碰撞过程中的冲击力,延长冲击力的持时,显著减轻桥梁和船舶损伤,具有优异的抗冲击性能。鉴于UHPFRC具有良好的抗冲击性和耐久性,波折钢板—UHPFRC组合防撞新装置有望解决钢套箱防撞装置的不足之处,在桥梁工程应用中具有巨大的潜力和前景。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U443.26

【参考文献】
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