桥梁单柱墩1000吨级防船撞装置设计毕业论文
2021-11-05 07:11
摘 要
船桥碰撞事故不仅会造成船舶与桥梁结构的损伤，还可能威胁到人们的财产和生命安全。研究桥梁防船撞性能以及防撞装置的设计，可以有效地减少船桥碰撞造成的损失，具有较大的工程意义。
本文以某桥单柱墩为例，研究1000t级船舶横桥向正撞工况下桥墩的抗撞性能，并设计了合适的桥梁防船撞装置。首先基于规范公式计算了桥梁的抗撞力，同时采用有限元软件Ansys/Ls-dyna对1000t级船舶碰撞该桥墩的过程进行了有限元模拟。通过对比桥墩的抗撞力以及船舶碰撞力，发现桥墩的抗撞能力不足，需要设计防船撞装置。接着参考船舶设计规范为本桥桥墩设计了合适的防船撞装置，最后通过船舶与防撞装置的碰撞过程数值仿真，发现装有防船撞装置后，桥墩所受的最大碰撞力从8.16MN降低到5.97MN，在桥墩的抗撞力范围内，从而验证了所设计防船撞装置的防撞效果。
关键字：撞击力；船桥碰撞；数值仿真；防撞套箱；耐撞性；
Abstract
Bridge collision accident will not only cause damage to ship and bridge structure, but also may threaten people's property and life safety. The research on the anti-collision performance of bridge and the design of anti-collision device can effectively reduce the loss caused by the collision of bridge and ship, which has great engineering significance.
In this paper, the single pier of a bridge is taken as an example to study the anti-collision performance of the pier of a 1000t class ship under the condition of positive collision, and a suitable anti-collision device for the bridge is designed. Firstly, the anti-collision force of the bridge is calculated based on the standard formula, and the process of the 1000t class ship collision of the bridge pier is simulated by using the finite element software Ansys/ ls-dyna. By comparing the anti-collision force and ship collision force of the bridge piers, it is found that the anti-collision ability of the bridge piers is insufficient, so it is necessary to design anti-collision device. Then reference ship design specification for the bridge piers designed suitable ship impact device, at last, through numerical simulation of ship collisions with anti-collision device process after the found of ship impact unit, bridge pier is the biggest impact reduced to 5.97 from 8.16 MN, MN, within the scope of the impact force of piers, and the design is verified by collision of ship impact device.
Keyword: Impact force；Ship-bridge collision；numerical simulation；anti-collision case；Crashworthiness;
目录
摘要 1
第一章 绪论 5
1.1研究背景及意义 5
1.2国内外研究现状 6
1.2.1船桥碰撞力的研究现状 6
1.2.2防撞装置的研究现状 6
1.2.3桥墩抗撞力研究现状 7
1.3本文所做主要工作 8
第二章 桥墩抗撞力校核 10
2.1引言 10
2.2国内外计算船撞力规范公式 10
2.2.1 AASHTO规范公式 10
2.2.2 欧洲Eurocode规范公式 10
2.2.3 我国《铁路桥涵设计规范》 11
2.2.4 我国《公路桥涵设计通用规范》 11
2.3 桥墩抗撞力计算 12
2.3.1 船舶顺桥向碰撞桥墩 12
2.3.2 船舶横桥向碰撞桥墩 13
2.4 有限元仿真计算船桥碰撞 14
2.4.1 引言 14
2.4.2 软件的介绍 14
2.4.3 模型的介绍 14
2.4.4 仿真流程 16
2.4.5 仿真结果分析 16
2.5本章小结 19
第三章 桥梁防船撞钢套箱结构设计 20
3.1 引言 20
3.2 基本资料 20
3.3 外板及内底板 20
3.3.1 底板 20
3.3.2 舷侧外板 21
3.4 强力甲板 21
3.5 单底骨架 21
3.5.1 底肋骨 21
3.5.2 底部纵骨 22
3.6 舷侧骨架 22
3.6.1 肋骨 22
3.6.2 舷侧纵桁 23
3.7 甲板骨架 23
3.7.1 甲板横梁 23
3.7.2 甲板纵骨 24
3.7.3 甲板纵桁 24
3.8 平面水密舱壁板 25
3.9 垂直桁 25
第四章 船舶撞击钢套箱桥墩的数值仿真 27
4.1 引言 27
4.2 模型的介绍 27
4.3 仿真流程 28
4.4 仿真结果分析 28
（1）能量-时间曲线 28
（2）撞击力-时间曲线 29
（3）结构应力图 30
4.5 本章小结 31
第五章 总结与展望 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
近年来随着我国经济的迅速发展，水上交通运输系统变得越来越重要，各种各样的桥梁在我国涌现，尤其是悬索桥、斜拉桥等大型桥梁。与此同时船舶也向着大型化、专业化和快速化的方向发展。然而跨越航道的桥梁对于船舶而言是人工建造的障碍物，所以在国内外船桥碰撞事故经常发生。截至目前为止，国内外发生船桥碰撞的部分事件如表1.1所示：
表1.1 船桥碰撞事件
桥名 | 国家 | 发生年份 | 死亡人数（人） |
上海大冶河桥 | 中国 | 2010 | 2 |
上海斜塘大桥 | 中国 | 2014 | —— |
芜湖莲溪大桥 | 中国 | 2017 | —— |
津浦铁路大桥 | 中国 | 2018 | —— |
广东公益大桥 | 中国 | 2019 | —— |
Webber-falls bridge | 美国 | 2001 | 12 |
Interstate 40Highway
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