毕业论文--简支梁桥墩柱船舶撞击损伤分析

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1、简支梁桥墩柱船舶撞击损伤分析摘要：基于弹性碰撞理论，建立桥桩基的力学模型，对桥梁受损桩基进行了等效静力分析。在考虑地基-桩基的相互耦合及桥梁上部结构的作用情况下，对桥梁墩柱碰撞过程进行数值模拟，确定了桩基的损伤程度，为确定维修加固方案提供了分析依据。关键词：船舶撞击；桩基；损伤分析；数值模拟Analysisofthedamagestruckbyshipinthepiercolumnofsimple-supportedbeambridgeAbstract:Basedontheelasticcollisiontheory,westudytheeq

2、uivalentstaticanalysisofdamagebridgepilefoundationthroughestablishingamechanicalmodelofthebridgepilefoundation.Consideringwiththepile-soilintercouplingandtheroleofthebridgesuperstructure,wehavedeterminedthedamagedegreeofthebridgepilefoundationthroughthenumericalsimulationof

3、thecollisionprocessbetweenpiercolumnandship,andprovidetheanalyticalbasisforarepair-reinforcementprogram.Keywords:Shipstriking;Pilefoundation;damageanalysis;Numericalsimulation1引言部分桥梁由于建设年限久远或其它原因，在其桩基设计过程中并未考虑船舶撞击荷载的作用，或虽有考虑但是其安全系数不够。随着经济和交通运输行业的飞速发展，以及船舶吨位的不断增大，船舶撞击对桥梁的危害就

4、越来越大。而桥梁又是交通运输网的重要组成节点，所以船舶撞击桥墩后的损伤评估与鉴定就为相关部门及时采取正确的处置措施提供了重要的依据。在碰撞过程中桥墩的高应力区按照成因可分两类：一类是由直接接触载荷引起的高应力区，发生在撞击船与承台碰撞接触面及附近区域，其分布范围不大，危害性较小。另一类是由于桥墩整体弯曲变形引起的，发生在墩柱与承台连接处、桥桩与承台连接处等桥墩的某些危险截面上，分布范围大，对桥梁的危害严重[10]。而往往第二类危险截面均位于不能直接检测处，这就需要通过数值模拟来计算其应力分布情况，来确定其损伤程度。由于船舶撞击桥墩本质上是一个

5、复杂的冲击力学问题，在其过程中伴随着强列的几何非线性、材料非线性及接触非线性[2]。所以在实际的检测过程中想通过建立一个精确的数学分析模型来完全解析此类问题，几乎是不可行的。现行的公路桥涵规范中采用的是基于刚体及弹性碰撞理论简化而来的经验公式。本文基于弹性理论，建立桥梁桩基的等效静力模型，对数值分析结果与能检测部位的实际损伤的结果进行比较，对水下结构损伤程度进行评估。2桥梁碰撞损伤概况某桥建成于1965年9月20日，五跨简支梁桥，桥下通航等级七级，设计荷载汽车-15级，挂-80。该桥左幅3-1#立柱被一船舶撞击，船舶吨位约1000吨，撞击前速

6、度约为5km/h，船舶撞击点位于3-1#立柱距盖梁底部2m处，在撞击后，立柱水上部分出现两条裂缝，立柱与盖梁连接处有1条裂缝，距盖梁底部2m处有1条环向裂缝，裂缝宽度为2.43mm。见图1。图1桥梁墩柱撞击损伤图3船舶撞击荷载船舶撞击荷载的计算一般有以下4种方法。3.1《公路桥梁设计通用规范》漂流物撞击力按下式估算：式中：W–漂流物重力（kN），船重为1000t；V–漂流物速度（m/s），船撞击桥墩速度取1.39m/s；T–为撞击时间，应根据实际资料估计，当资料不足时取1s；g为重力加速度。3.2《铁路桥涵设计基本规范》桥桩基承受船只撞击力按

7、下式计算：式中：–为动能折减系数（），当船舶正向撞击墩台时可取=0.3，当船舶斜向撞击时可取=0.2；–为船舶撞击桥墩时的速度；–为船舶撞击桥墩时其轴线与墩台面的夹角；、为船只或排筏的弹性变形系数和墩台圬工的弹性变形系数,资料缺乏时可假定=0.0005m/kN3.3欧洲统一规范桥桩基承受船只撞击力按下式计算：式中：–为船舶撞击桥墩时的速度；–为碰撞体的等效刚度；–为碰撞体的质量3.4美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO)桥桩基承受船只撞击力按下式计算：–为船舶撞击时的满载单位；–为船舶撞击桥墩时的速度；该桥桥撞击船舶载总重为1000t，

8、船速为5km/h，其最大撞击力见表1。表1各种方法计算的最大撞击力方法参数取值最大撞击力公路桥梁设计通用规范T=1s，g=9.8m·s-21390kN铁路桥涵设计基