浅谈东海大桥防撞护栏结构设计研究

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1、同济大学硕士学位论文东海大桥防撞护栏结构设计研究姓名：张剑英申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：胡世德;林元培20040201内容摘要东海夫桥防撞护栏结构设计研究作为上海国际航运中一tl,洋山深水港区与上海浦东芦潮港地区的陆上通道，东海大桥是一座集装箱车辆专用的跨海大桥．设计车速每小时80公里。与普通设计车辆相比，集装箱车辆具有箱体高、车身长、吨位重、惯性大等特点，在长达32公里的跨海大桥上，如何保证集装箱车辆的安全行驶利桥梁的结构安全，是东海大桥设计的关键。其中，防止桥面失控车辆的晟直接措施就是

2、防撞护栏。因此，结合东海火桥工程实际，对防撞护栏结构进行设计研究是非常必要的，具有十分重要的理论意义和实用价值。本文在对国内外现有防撞护栏设计和研究成果进行调研综述的基础上，从防撞护栏的力学特性、设计条件、结构形式和响应确定等方面进行了分析和对比，并结台东海人桥防撞护栏的主要特点——护栏高度大、基座厚度人、横梁要求高等，设计出东海大桥防撞护栏结构为总高1．45m，由钢横梁和钢立柱以及混凝土基序组成的钢与混凝土混合式结构。为了科学合理地确定集装箱车辆碰撞条件，对上海集裟箱有限公司码头全部干线集装箱进行了为

3、期一周的抽样调查，根据样本统计分析确定出东海人桥全部交通保证率78％、集装箱车辆保证率74％的集装箱车辆长16m、宽2．48m、高3．95m、重40t。借鉴国内外不同碰撞标准，确定出集装箱车辆的碰撞车速为75％的设计车速．即每d,n't60公里；考虑到大型集装箱车辆的行驶特点，确定采用碰撞角度0=150。为了进行碰撞力作用简化计算，根据集装箱车辆碰撞条件和规范方法，按静力法计算出虽大碰撞力(372kN)和平均碰撞力(237kN)；根据结构动力学基本原理，推导建立了单自由度双串联弹簧车辆碰撞动力计算模型，

4、并按动力法计算出最大碰撞力(552kN)和平均碰撞力(351kN)。然后，采用结构分析软件ANSYS，对防撞护栏和桥面结构进行了车辆碰撞力作用F的有限元线性材料静力分析、线性材料动力分析和非线性材料静力分析。碰撞力作用简化计算结粜表明，护栏基座和桥面板混凝土局部应力水平较高，已经超过了钢材的屈服极限，且有可能超过钢材的极限应变，造成护栏(横梁或立柱)被拉断。因此，有必要采用更加精确的方法，确定横梁和立柱的最大应变是否超过材料的极限应变。采用法国PAM．CRASH分析软件，对集装箱车辆与防撞护栏的碰撞过程

5、进行了四种不同条件F的数值仿真分析，其中包括标准横梁和大直径横梁护栏条件下分别碰撞立柱和横梁跨中的不同工况。碰撞过程数值仿真分析结果表明，集装箱车辆列车与防撞护栏的碰撞会发生两次，即牵引车碰撞Stl"t"-挂车碰撞，最大碰撞力在340kN至360kN之间；护栏最大应变一般发生在立柱与中横梁或上横梁的连接上，最大应变值为0．18至0．23，小于钢材的极限应变0．33；在碰撞过程中，集装箱半挂车仅产生了很小的侧倾角，并能很快恢复到稳定位置，因此可以认为碰撞过程中不会发生集装箱列车的倾覆事故。关键词：东海大桥

6、、防撞护栏、集装箱车辆、车辆碰撞、碰撞条件、结构计算、数值仿真东海大桥防撞护栏结构设计研究致谢笔者于2000年秋季开始了工程硕士研究生的学习，这是笔者自1984年同济大学本科毕业16年后，又⋯次走进母校进行深造。由于工作非常繁忙，深感边工作边学习压力很大，困难很多。在导师胡士德教授、林元培设计大师的悉心指导下，顺利完成了沦文工作，在此对导师的关心和指导致以深深的谢意。在论文写作过程中，得到了同济大学周德源教授的热情帮助和大力支持，笔者深表谢意。本文的写作结合了东海大桥的工程实际，对于设计项目组同志们的理

7、解和支持，在此一并表示深切谢诚!在整个学习、写作过程中，亲爱的丈夫和儿子给予了很大的支持，在此深表感谢。第一章概述东海大桥防撞护栏结构设计研究上海幽际航运中心洋山深水港位于大小洋山岛，洋山岛虽具水深、航道等深水建港的优越条件，是上海周闹最近的水深能达15米的优良港口，但与上海大陆没有直接的陆路交通连接，且离上海最近的南汇区芦潮港有30公里左右的海上直接距离⋯。东海人桥作为唯“的上海国际航运中心洋山深水港区与上海大陆的连接枢纽，始丁：上海浦东南汇区的芦潮港，向东南方向跨越杭卅I湾北部海域，在浙江省嵊泗县崎

8、岖列岛中的大乌龟岛登陆，并沿人乌龟岛、颗珠山岛至小洋山港区一期丁程交接点，总长约32公里，如图1．1所示⋯。围1．1东海大桥桥位平面图第一奄概述东海大桥防撞拶·栏结构设计研究1．1工程背景作为洋山深水港区与上海芦潮港的陆上运输通道，东海大桥定位为集装箱皋车专用通道，并按高速公路标准控制殴计，集装箱卡车设计车速每小时80公里pJ。与普通社会车辆相比较，集装箱车辆具有箱体高、车身

9、炙、吨位重、惯性大等特点，在长达32公里的跨海大桥上，如何保证车