重慶嘉陵江黃花園大橋FRP防撞浮箱設(shè)計(jì)及仿真分析.pdf

1、船橋碰撞是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)問題,是通過碰撞區(qū)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的變形和壓潰,在短時(shí)間內(nèi)將巨大的沖撞能量吸收、轉(zhuǎn)化和耗散的非線性動(dòng)力響應(yīng)過程。因?yàn)槎喽鴱?fù)雜的影響因素,船橋碰撞過程不容易實(shí)現(xiàn)精確的分析,而借助非線性有限元技術(shù)能夠?qū)φ麄€(gè)碰撞過程進(jìn)行模擬并得到滿足工程實(shí)踐需要的結(jié)果。
　　 本文在查閱和整理國內(nèi)外關(guān)于船橋碰撞的文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,討論了船橋碰撞外部機(jī)理研究基本理論存在的缺陷,分析了幾種目前研究船橋碰撞內(nèi)部機(jī)理的研究方

2、法,并比較其各自的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)從防護(hù)機(jī)理和防護(hù)性能方面對(duì)比分析了各種防護(hù)系統(tǒng)自身存在的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。文章結(jié)合重慶嘉陵江黃花園大橋橋墩防護(hù)裝置研究設(shè)計(jì)這一工程實(shí)例,將輕質(zhì)、高強(qiáng)、低模量、完全彈性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)用于FRP防撞浮箱的設(shè)計(jì),擬定三種設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行比選,通過對(duì)FRP防撞浮箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和消能模式的闡述,展現(xiàn)其在橋梁防撞工程中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和前景。在此基礎(chǔ)上借助ANSYS/LS-DYNA軟件分別模擬了1600噸

3、級(jí)的散貨船以兩個(gè)方向撞擊四種不同剛度的推薦方案FRP防撞浮箱及裸墩的十種工況,并得到每個(gè)工況的撞擊力、能量時(shí)程曲線以及浮箱各部分構(gòu)件在撞擊過程中轉(zhuǎn)化和耗散的能量時(shí)程曲線等,通過幾個(gè)工況數(shù)據(jù)分析和對(duì)比,得出:
　　 ①FRP防撞浮箱能有效抵御船舶撞擊而不被穿透,起到保護(hù)橋墩的作用;
　　 ②外襯消能筒體與內(nèi)襯消能筒體能起到有效延長(zhǎng)撞擊時(shí)間和消耗撞擊能量的作用;
　　 ③FRP防撞浮箱具有良好的消能效果,其消能效率占

4、總能量的34％～47%之間;
　　 ④實(shí)現(xiàn)了薄壁消能筒體柔性消能為主,外圍箱體耗能為輔的設(shè)計(jì)理念;
　　 ⑤FRP防撞浮箱在降低撞擊力峰值方面效果良好,能降低25.83%～55.67%;
　　 ⑥從降低撞擊力、吸能效果等方面對(duì)四種不同彈性模量的FRP浮箱進(jìn)行對(duì)比分析后,選定彈性模量為10GPa的FRP防撞浮箱為大橋橋墩的防護(hù)裝置。在其正撞和斜撞工況下與無浮箱作用相比,撞擊力的降低占無浮箱工況的36.69%～50.