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原文传递转筒式防撞设施防船撞性能研究

论文题名：	转筒式防撞设施防船撞性能研究
关键词：	拱桥;防船撞设施;结构类型;复合材料;防撞性能
摘要：	在桥区水位较高情况下拱桥主拱圈存在被船舶等漂流物撞击的风险。拱桥主拱圈结构抗力较小、构造形式较特殊，无法采用一体式防船撞系统对其进行防撞保护。本文基于这样一个工程背景之下，针对拱桥这种独特的结构形式提出了独立式防船撞系统的防护方案。对独立式防船撞系统中的套箱形式、导向柱材料选择及截面布置形式进行了设计，最后基于数值仿真的方法，采用有限元分析软件LS-DYNA对该防船撞设施进行了性能优化。本文主要完成的研究工作如下所示: 　　①采用Midas Civil和Ucfyber软件计算了2.5m桩径的钢管混凝土桩和钢筋混凝土桩的极限抗弯承载力及三角形和四边形截面布置形式导向柱的结构抗力。计算得到:钢管混凝土桩比钢筋混凝土桩有更高的抗弯承载力;三角形截面布置形式导向柱的结构抗力为29.5MN，四边形截面布置形式导向柱的结构抗力为42.1MN，均满足防船撞抗力要求。综合考虑，最终确定独立式防船撞系统中导向柱的材料类型为钢管混凝土，截面布置形式为三角形。　　②采用有限元分析软件LS-DYNA对三种材料形式的防撞套箱进行了数值仿真分析。设置了3000DWT、2000DWT、1000DWT吨位的船舶以4m/s、3m/s、2m/s的速度分别正撞、15°斜撞、30°斜撞三种材料形式防撞套箱的计算工况。数值仿真分析结果显示:复合材料套箱的最大船撞力折减率为52.7％，钢—复合材料套箱的最大船撞力折减率为39.8％，钢套箱的最大船撞力折减率为22.6％。此外，钢套箱和钢—复合材料套箱自身损伤较小，而复合材料套箱基本被压溃。综合考虑三种套箱的船撞力折减率、船艏和套箱的损伤程度，最终确定钢—复合材料套箱作为独立式防船撞系统中的套箱形式。　　③基于数值仿真分析的方法对钢—复合材料套箱进行性能优化。通过改变套箱内部的加劲肋间距、板材厚度设置不同的计算工况进行数值仿真分析。最终确定套箱内部竖向加劲板的布置间距为0.8m、横向加劲板的布置间距为0.8m、各板材的厚度为8mm。该布置形式下套箱的总吸能为11.6MJ，吸能比为33.1％，各板材的吸能较平均。最大船撞力为9.8MN，最大船撞力折减率为47.3％。套箱损伤变形为1.42m，防船撞性能最优。　　④改变钢—复合材料套箱中钢结构层和复合材料护舷层的厚度比例，设置了六种比例形式的套箱。数值仿真分析得到护舷厚度为1.5m时，船撞力折减率为48.9％，套箱变形为1.27m，套箱的总造价为185万元，布置形式最为合理。
作者：	陈巍
专业：	土木工程；桥梁与隧道工程
导师：	耿波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文