船舶-橋梁碰撞動力分析及船撞作用下橋梁結(jié)構(gòu)可靠度研究.pdf

1、跨越水上交通航線的橋梁，都存在來自于船舶撞擊導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損傷、倒塌的風(fēng)險(xiǎn)，船舶碰撞荷載已經(jīng)成為橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)營全壽命過程不可忽視的一類重要風(fēng)險(xiǎn)因素。本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論推導(dǎo)與數(shù)值計(jì)算，對船舶-橋梁碰撞相互作用進(jìn)行了分析，并研究了橋梁在船舶碰撞作用下的可靠度。主要內(nèi)容包括：
　　(1)對目前國內(nèi)外的船橋碰撞事故、船橋碰撞問題的理論和試驗(yàn)研究進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹和總結(jié)，闡述了船橋碰撞問題研究的特點(diǎn)并與目前

2、抗風(fēng)、抗震等橋梁結(jié)構(gòu)動力分析問題進(jìn)行了比較和討論，明確了船橋碰撞問題研究的現(xiàn)實(shí)意義。
　　(2)詳盡介紹了目前在船橋碰撞方面較為先進(jìn)的美歐規(guī)范以及我國國內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范和公路設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于船橋碰撞荷載方面的相關(guān)規(guī)定。對比討論了中美歐三個(gè)國家和地區(qū)規(guī)范關(guān)于船舶碰撞力規(guī)定方面的異同及產(chǎn)生差異的原因。歸納總結(jié)了目前在船橋碰撞研究中常采用的耦合動力分析方法、簡化荷載時(shí)程分析方法和反應(yīng)譜分析方法，討論了這幾種方法對于計(jì)算船橋碰撞響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和局限

3、性。
　　(3)根據(jù)AASHTO規(guī)范對設(shè)計(jì)碰撞船舶的分類標(biāo)準(zhǔn)，采用駁船與散裝貨輪作為內(nèi)河船舶和海輪代表性船舶，對比了兩類船艏具有較大差異的船舶碰撞橋墩時(shí)在碰撞力時(shí)程、船艏變形發(fā)展、船艏變形-力曲線關(guān)系以及所致橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)等方面的不同，并將兩類船舶碰撞峰值力與已有規(guī)范規(guī)定的等效靜力荷載進(jìn)行了對比。
　　(4)根據(jù)大量仿真結(jié)果和駁船碰撞方形橋墩過程中的動能守恒和動量守恒，建立了考慮碰撞速度，噸位以及方形墩尺寸的駁船正撞方墩的

4、簡化駁船碰撞荷載時(shí)程模型。提出的荷載模型通過與顯式動力有限元計(jì)算結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)提出的荷載模型進(jìn)行荷載時(shí)程和響應(yīng)譜兩方面對比得到驗(yàn)證，論證了采用時(shí)程荷載分析橋梁結(jié)構(gòu)碰撞響應(yīng)的可行性，討論了駁船碰撞荷載時(shí)程特征點(diǎn)對于橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響。補(bǔ)充推導(dǎo)了歐洲規(guī)范中內(nèi)河船舶碰撞時(shí)程的確定方法。
　　(5)推導(dǎo)了適用于船橋碰撞動力分析的橋梁墩頂位移及墩底剪力和彎矩的振型參與系數(shù)，指出了船橋碰撞動力分析與橋梁抗風(fēng)抗震分析在荷載作用方式的不同。分析了各

5、階振型對于橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)心響應(yīng)的貢獻(xiàn)以及上部結(jié)構(gòu)在不同階振型對于廣義質(zhì)量的貢獻(xiàn)，提出了梁橋的單墩附加兩自由度簡化結(jié)構(gòu)模型，闡釋了采用單塔模型進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)船撞響應(yīng)分析的合理性。根據(jù)橋梁的各階模態(tài)響應(yīng)，提出了適用駁船碰撞荷載的部分組合開平方法振型組合規(guī)則(SRPC)。采用等效承臺剛度作為考慮樁土相互作用的簡化形式并應(yīng)用于船橋碰撞分析中，論證了考慮樁土作用對碰撞力及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。
　　(6)在考慮駁船碰撞峰值力隨碰撞角度變化折減的基礎(chǔ)上，