船—桥碰撞冲击动力学理论研究

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近年来,桥梁和通行船舶之间的矛盾日趋突出,船撞桥事故的频率远比我们想象的要高,如何对桥墩进行合理地防撞设计已成为目前亟待解决的问题。因此,迫切需要深入开展船桥碰撞理论方面的研究,以获得船桥碰撞的动力响应。本文将基于分布质量的弹性体理论结合边界等代原理建立船桥碰撞的简化力学模型和理论分析方法。本文的主要研究内容如下:  1、综合分析桥墩的弯曲、剪切、转动惯量、上部结构约束以及地基基础约束这些因素,提出比较接近实际受力情况的桥墩力学模型,并根据船舶船艏刚度的特性,采用质点弹簧模型将其与桥墩力学模型连接,同时考虑了流水环境的影响,建立了船桥碰撞系统的简化力学模型;  2、对船桥碰撞系统的简化力学模型进行简化动力分析,基于分布质量的弹性体理论以及经典的结构力学原理推导了桥墩的偏微分运动方程,并联合碰撞系统的控制条件采用Laplace积分变化的方法进行求解,结合Matlab数学软件编程进行数值反演,得出时域内的船桥碰撞力;  3、将本文方法计算值与各国规范计算值进行比较,并与ANSYS/LS-DYNA模拟的结果比较验证,证明其计算结果的合理性与计算精度,着重分析桥墩刚度、桥船相对刚度对船桥碰撞力的影响;  4、对碰撞接触时间进行分析,分析船舶质量、初始撞击速度、船艏刚度以及桥墩刚度对碰撞接触时间的影响,拟合出碰撞接触时间与这些因素之间的关系表达式,用来修正我国《公路桥涵通用设计规范》中关于碰撞接触时间的定义;  5、基于冲量定理分析碰撞接触时间与峰值船桥碰撞力的关系,分析碰撞力时程曲线为正弦波和三角波作用下的峰值船桥碰撞力,并与ANSYS/LS-DYNA模拟的结果进行比较验证和误差分析,得出峰值撞击力的简化计算公式。
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