新型GFRP柔性防船撞浮箱消能筒耗能機理及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代交通運輸業(yè)的疾速發(fā)展，跨越江河湖海的橋梁越來越多，加之航道上通行的船舶數量、船速和噸位又不斷攀升，船只自身操控不易導致船舶與修建的橋梁之間的矛盾日益突出，橋梁遭受船舶撞擊的幾率也越來越高，嚴重威脅著跨航道橋梁的安全。因此研究并應用橋墩防船撞設施迫在眉睫，一個性能良好的防船撞設施不僅能保護橋梁的安全還能保證船舶不至于產生過大的破損而造成沉船事故。本文主要結合重慶某大橋橋墩FRP防船撞浮箱和廣東某大橋新型GFRP防船撞浮箱的實際工程

2、案例，通過理論推導，結合數值仿真分析研究新型GFRP柔性防船撞浮箱內部消能筒的耗能機理和傳力機制。主要研究內容如下:
　?、偈紫雀鶕椝苄粤W中應力-應變的相關知識，結合能量理論、薄殼應變能理論，推導出計算消能筒變形能的相關公式。以圓形消能筒為例進行計算，運用能量守恒定律，根據船舶的總動能并結合GFRP的材料參數估算出一個圓形消能筒儲存的應變能。其他多邊形消能筒儲存的能量可以根據圓形消能筒儲存的能量進行一個適當的折減（放大），折減

3、（放大）系數可由數值計算結果進行分析得出。
　?、诶檬澜缟狭餍械闹蔷€性動力有限元分析軟件LS-DYNA進行GFRP防船撞浮箱內部消能筒不同形狀的仿真分析。根據LS-DYNA計算結果分析不同形狀消能筒以變形能方式儲存能量的多少以及傳遞到橋墩上的撞擊力大小。驗證上一步理論計算結果與軟件的數值計算結果是否一致，并作出相應的調整。最后綜合計算分析結果及實際工程得出消能能力最佳、傳遞到橋墩的撞擊力最優(yōu)的某一形狀的消能筒。
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4、同樣利用LS-DYNA軟件，根據上一步確定的最合適的消能筒形狀來分析消能筒不同壁厚在承受船舶撞擊時儲存能量的多少以及傳遞到橋墩的撞擊力的大小。對計算結果進行分析，得出最優(yōu)的壁厚。
　?、芾肔S-DYNA對進行過優(yōu)化設計的GFRP防船撞浮箱進行仿真計算。首先設計出優(yōu)化的浮箱，即在浮箱與橋墩接觸的箱殼面上加一波形板。該波形板通過燕尾榫與箱殼上的燕尾槽相連接。由于波形板上的燕尾榫不是連續(xù)的，可以在燕尾槽內上下移動;在浮箱受到船舶撞擊時

5、，波形板中的半圓柱形板可以產生較大的變形，能夠吸收更多的能量，傳遞到橋墩的力會更小。所以有波形板的浮箱能承受大噸位船舶的撞擊，并產生較好的消能效果。針對波形板中的半圓柱形板，利用軟件LS-DYNA進行半圓柱形板不同壁厚的仿真分析，得出不同半圓柱形板厚的浮箱儲存的能量以及傳遞到橋墩的撞擊力的大小。對計算結果進行分析，確定波形板中最優(yōu)的半圓柱形板的壁厚。
　　基于以上研究，推導了消能筒儲存變形能的理論公式，并結合軟件計算驗證其正確性。