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[硕士论文] 陈鑫
桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢绞线是预应力混凝土结构及缆索支承体系桥梁的主要承重构件,其健康状况直接影响到结构的耐久性和安全性。在服役过程中,钢绞线极易受水、空气及腐蚀性介质侵蚀而产生腐蚀,造成其静力性能和疲劳性能急剧退化,进而导致单根钢丝断裂甚至整根钢绞线破坏,造成重大安全事故。因此,及时、有效进行钢绞线健康状况的检测评估,是保证预应力结构安全性及耐久性的关键问题之一。
  本文从时频域研究了超声导波在钢绞线中的传播规律,并基于导波传播特征进行了钢绞线张拉力识别,为复杂波导结构中导波传播特性研究提供一种有效方法,也为超声导波在钢绞线无损检测中的应用提供理论支撑。首先采用小波变换提取导波时频分布,提出了基于单点波动信号的导波模态分析方法,并分析了腐蚀、张拉力等因素对导波传播模态及时频能量特征的影响;然后,将信息熵导波时频能量结合,提出了抗噪能力强的导波能量熵谱;最后,将导波能量熵谱作为特征向量,构建以特征向量距离为指标的钢绞线张拉力识别模型,考虑了传播距离和传感器布置策略的影响,得到以下结论:
  (1)基于单点波动信号的时频能量分布可以有效进行导波多模态识别。通过提取高强钢丝单节点波动时程信号进行小波时频变换分析,可以识别导波多模态分布,有限元仿真计算及实验结果均理论模态曲线吻合良好,高频段的模态识别需要更高的网格划分。
  (2)导波时频能量分布特征随钢丝腐蚀程度增加而改变。高强钢丝经腐蚀之后,其L(0,1)阶能量占比逐渐上升,L(0,2)阶能量占比逐渐下降,截面损失10.84%之后,L(0,1)阶能量占比提高了52.1%,总体能量逐渐向低频转移。
  (3)导波能量熵谱可以有效反映钢绞线张拉力变化。基于小波时频变换结果的导波能量熵谱随钢绞线张拉力而变化,且在特定尺度范围内谱值变化明显,而即使在信噪比为0dB的强噪环境下,能量熵谱仍呈现良好的规律性。
  (4)基于能量熵谱建立的钢绞线张拉力识别指标钢绞线张拉力之间符合线性变化关系,确定系数大于095,有限元模拟试验结果一致性良好。随导波传播距离增加,张拉力识别指标的敏感性更好。
  (5)采用无耦合布置策略进行钢绞线张拉力识别效果更优。较耦合布置策略相比,采用无耦合布置策略进行钢绞线拉力识别,有限元和实测结果K值分别上升了24%和602%。推荐采用无耦合布置策略进行现场测试。
[硕士论文] 苏俊龙
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:十九世纪预应力技术开始在混凝土中使用,预应力混凝土技术(PC技术)产生萌芽,随着发展,人们尝试着在梁桥中使用PC技术,形成了最初的预应力混凝土桥梁,即PC桥梁,到了二十世纪三十年代,世界上70%的桥梁都采用了PC技术。
  随着PC技术在桥梁工程中的大量使用,PC桥梁混凝土劣化、预应力钢束缺损、跨中下挠等一系列病害开始出现,在大跨径PC连续刚构桥上,尤为明显。目前应对这些病害的方法主要为外部加固、减轻荷载、更换梁体等措施,未能从决定桥梁受力状况的预应力沿程分布情况入手,从根本上预防。
  本文以受预应力沿程分布影响较大的大跨径PC连续刚构桥其使用的预应力钢束为分析对象,开展了针对预应力钢束箱梁结构的有限元沿程分布分析。
  首先对预应力沿程分布和沿程分布分析进行定义,说明沿程分布分析分为分别针对钢束箱梁的两个阶段,指出钢束预应力损失沿程分布情况不良是目前大跨径PC连续刚构桥存在跨中下挠、梁体裂缝等问题的主要原因。总结目前采用的预应力体系建立质量控制评价的方法,指出其存在定性要求导致质量差异等问题。在对收集既有资料进行归纳的基础上,总结出目前已有的预应力沿程分布理论方法,确定了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》为沿程分布分析的对比基础参照。
  接着,基于有限元接触分析软件Midas/NFX针对钢束沿程分布分析分别建立、分析并比选了“箱梁实体-钢束实体(全接触形式)”、“箱梁实体-钢束实体(真实面积形式)”、“箱梁实体-钢束板”、“箱梁实体-钢束梁”、“板-钢束板”等5类模型,选择“板-钢束板”模型为钢束应力沿程分布计算最佳模型,并优化。
  随后,在第一阶段的沿程分布分析中采用“板-钢束板”模型,以大跨径PC连续刚构桥采用的预应力钢束为研究对象,在预应力钢束形状材料、张拉控制应力、摩擦系数等参数改变的情况下针对其应力损失进行沿程分布分析,实现模型对预应力损失沿程分布的精确计算以及对张拉过程的模拟,并将分析结果反映到了规范修正参数修改上。提出了实际工程中存在的“削峰平缓效应”使考虑反摩擦影响适用于曲线段的钢束回缩损失计算值实际情况不符。
  最后,在第二阶段的分析中提出了模拟大跨径PC连续刚构桥预应力张拉期间钢束孔道接触的情况的弹性连接法,计算拟合出涉及摩擦的弹性连接法向刚度系数模型单元尺寸、钢束孔道摩擦系数、钢束曲率半径、钢束弯曲角度等参数关系的经验公式。以重庆高家花园嘉陵江大桥复线桥为计算工程实例,分别采用模拟预应力效应的等效荷载法(梁单元模型)弹性连接法(复线桥沿程分布分析模型)针对复线桥各墩四个节段河侧岸侧钢束张拉完成后,标高应力变化情况进行计算,并实测数据对比,证明了针对大跨径PC连续刚构桥,采用弹性连接法模拟预应力钢束箱梁之间摩擦以计算结构预应力效应的方法是切实可行的,在此基础上可以对该类桥进行更为贴合实际的设计计算。
[硕士论文] 张韬
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文以在建的长湾澧水大桥为工程背景,计算分析独塔矮塔斜拉桥无索区长度、桥塔高度等设计参数变化对结构受力的影响,针对矮塔斜拉桥主墩受力大的问题,在两侧桥台中设置阻尼器,研究矮塔斜拉桥的地震响应及液压阻尼器的减震效果,主要工作内容如下:
  (1)简要介绍了矮塔斜拉桥的起源、发展状况、结构特点以及施工控制现状,利用结构有限元软件Midas civil2015建立了相关的计算模型,着重分析了最大悬臂状态和成桥十年状态主梁的内力和变形情况,为施工监控提供相关依据。
  (2)在不改变其他设计参数的情况下,分别改变墩梁之间的支承条件、梁端无索区长度、塔根无索区长度和桥塔高度,分析研究结构的内力、变形以及斜拉索索力的变化情况,探讨独塔非对称矮塔斜拉桥无索区长度和桥塔高度的合理取值范围;数据表明,当塔墩梁固接时,结构的受力情况更加合理。
  (3)在矮塔斜拉桥两侧桥台中设置液压阻尼器,计算长湾澧水大桥分别在三条顺桥向地震波作用下结构的地震响应,分析研究改变液压阻尼器的相关参数,矮塔斜拉桥内力反应和位移反应的改变情况,讨论得出一组适合长湾澧水大桥的阻尼器参数。
[硕士论文] 柏湘
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着国内钢桥数量的增多,在交通量日俱增的现今,钢桥疲劳破坏的问题受到越来越多的关注。国外BS5400规范、Eurocode规范、美国AASHTO规范中均给出了疲劳验算的标准荷载,中国于2015年发布实施的《公路钢结构桥梁设计规范》中提出了对钢桥结构进行疲劳验算的标准疲劳荷载。而关于中国规范中疲劳验算模型Ⅱ的荷载作用其余规范中标准疲劳车的作用对钢桥结构的影响有何差异这方面的研究较少。
  为了得出各个国家规范中关于相应标准疲劳车规定的差异性,此论文以一座双层公轨两用钢结构桥梁作为研究依托,通过以下方法得出其差异性。首先用MIDAS Civil2015建立桥梁的全桥模型并确定下层最不利横纵连接梁位置,在此基础上提取出各个车道作用下最不利位置的内力影响线。在用ANSYS软件确定出最不利车道后按照各个国家标准的规定使用标准疲劳车对桥梁结构进行加载,使用雨流计数法统计加载结果,提取出内力循环,为了便于对比将内力循环等效为200万次时的试验荷载。为了研究等效荷载作用下最不利位置最不利位置的应力情况,利用ANSYS建立关键部位的有限元模型,并施加各个等效荷载。模型中考虑了,自重和恒载共同作用、仅标准疲劳车等效力以及自重恒载加上标准疲劳车等效力共同作用这三种工况。
  结果表明,上层车道的荷载作用相对下层横梁的影响均较小。标准疲劳车作用在下层车道时,对横纵连接节点产生的内力幅值大小顺序其总轴重大小有关,轴重越大其内力幅值越大。其中BS5400规范标准疲劳车因不是按单车道加载,故其内力幅值较大。在轻轨车道的作用结合在一起后,内力等效幅值排序为中国规范对应幅值最大,BS5400规范第二,Eurocode规范第三,AASHTO规范最小。
  有限元模型连接节点处竖向角钢、顶部角钢及腹板在各个规范标准疲劳车的等效力作用下产生的应力变化表明,中国规范标准疲劳车的等效力作用下三块角钢的应力变化幅度最大。四种规范对应的应力结果都能通过各自的疲劳验算,中国规范在疲劳验算时最为保守,疲劳要求最为严格。
[硕士论文] 邓四强
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于人行悬索桥结构的优越性,使其在自然风景区内修建人行悬索桥的需求越来越大,跨径也在向特大跨径方向发展,大跨径人行悬索桥的结构振动直接影响着人行舒适度,这制约着大跨径人行悬索桥发展。一般而言由行人荷载产生的振动并不会诱发人行悬索桥的整体破坏,但是如果桥梁振动过大且控制不到位的话,特别是大跨径人行悬索桥其过大振动响应会对行人的生理及心理上产生不舒适感甚至是恐慌,那么应该如何评价并控制大跨径人行悬索桥的振动舒适度,目前国内还没有统一的规范,故本文以青山湖人行悬索为实例研究了人行悬索桥的舒适度评价方法,并以此为基础探讨了800m特大跨径人行悬索桥的舒适度问题及控制方法,具体有以下几个方面的研究工作:
  1、本文分析了人行荷载的特性,建立了人行荷载周期性模型;总结了关于人行舒适度评价的方法,就其实用性、合理性做了比较,为国内建立人行舒适度规范提供参考。
  2、以青山湖人行悬索桥为工程背景建立了有限元分析模型,首先对其成桥初始平衡状态进行受力分析,得到各构件的受力状态;然后分析该桥梁在两种不同荷载工况下主梁的变形情况,最后对桥梁进行了动力分析,得到全桥结构的动力性能,将以上分析结果实测数据进行对比分析,以此验证模型的正确性,同时为人行舒适度评价分析做准备。
  3、根据以上分析的相关结果,选取相关人行舒适度评价规范对青山湖人行悬索桥的竖向和横向两个方向上的舒适度进行评价。
  4、以青山湖人行悬索桥为基础,探讨了800m特大跨径人行悬索桥的人行舒适度问题。
  5、通过改变特大跨径人行悬索桥吊索的结构形式(如长度、倾斜角度、间距)分析对结构舒适度的影响,同时分析了贯通式抗风缆对提高特大跨径人行悬索桥人行舒适度的有效性。
  本文的目的即是希望通过以上的研究来为我国制定人行悬索桥舒适度评价规范提供一些帮助,并验证了贯通式抗风缆对于提高特大跨径人行悬索桥舒适度的有效性。
[硕士论文] 周路瑶
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢-混凝土组合梁是在传统混凝土梁和钢梁基础上发展起来的,凭借其优良的性能越来越多应用于桥梁结构,特别是应用于大跨径的桥梁结构中,如组合梁斜拉桥。混凝土受力随着时间增加会发生徐变效应,使截面应力发生重分布,特别是对于组合梁尤为明显,超静定结构中徐变受到约束还会引起内力重分布。现代组合梁斜拉桥一般都是密索体系的高次超静定结构,徐变会降低组合梁的性能,使极限承载力降低,严重时导致两者之间剪力键发生滑移,加上现行的各种规范对于组合梁收缩徐变问题也没有很好的解决。
  本文以在建的鄱阳湖第二公路大桥为工程背景,首先利用Midas/civil按照悬臂施工过程建立整体分析模型,进行了施工阶段和二期铺装后成桥阶段仿真分析;在二期铺装后成桥阶段,利用通用有限元软件ANSYS建立了标准梁段两种细部分析模型:一种为不考虑桥面板和钢主梁之间滑移的标准梁段线性分析模型,另一种为考虑两者之间滑移的非线性模型;最后,利用Midas/civil对鄱阳湖第二公路大桥进行徐变效应分析。具体本文进行了以下几个方面的工作:
  1.依托在建的鄱阳湖第二公路大桥工程,利用Midas/civil建立了整体分析模型。对于钢-混凝土组合梁,由于钢主梁和桥面板在不同的施工阶段安装,因此计算模型考虑实际施工过程,将钢主梁和桥面板在对应的施工阶段激活。按照悬臂施工过程,模拟了鄱阳湖二桥施工过程阶段和二期铺装后成桥阶段钢-混凝土组合梁应力、斜拉索内力以及主梁线形变化情况,验证了该桥设计的合理性;
  2.利用ANSYS建立了鄱阳湖第二公路大桥标准梁段两种细部分析模型,一种为不考虑桥面板和钢主梁之间滑移的标准梁段线性分析模型,另一种为考虑两者之间滑移的非线性模型。对二期铺装完成后成桥阶段组合梁滑移状况进行研究,并且就钢主梁和桥面板的应力,将两种计算模型进行对比。分析结果表明,混凝土桥面板和钢主梁之间的滑移很小,而且两种模型中应力差别不大,因此考虑滑移否对桥面板和钢主梁的应力影响很小,主梁应力都在设计控制范围之内;
  3.在精细化分析的基础之上,由于成桥阶段后桥面板和钢主梁之间剪力键滑移量很小,可以作为整体梁单元进行徐变分析,因此,利用Midas/civil对鄱阳湖第二公路大桥进行十年徐变效应分析。结果表明,鄱阳湖第二公路大桥十年徐变后组合截面发生应力重分布,桥面板得到卸载,而钢主梁的压应力增大;改变加载龄期和相对湿度,对十年徐变后的组合梁的挠度和应力影响都很明显。
[硕士论文] 周宪滔
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:外包加固法因其施工工艺简单、加固效果明显、适用范围广等优点被较多的应用于混凝土拱圈的加固中。外包法加固混凝土拱圈时涉及到不同龄期材料共同作用、拱圈二次受力等问题,其受力分析较为复杂,因此找到合理准确的方式来模拟拱圈的外包加固,对于拱圈加固的设计和施工有很大的实际意义。本文以采用外包法加固拱圈的某渡水桥为依托,建立了外包法加固拱圈的实体单元模型和梁单元模型以及全桥的精细化实体单元模型,对外包加固的受力性能进行了分析,主要工作如下:
  (1)对不同工况下外包法加固拱圈的精细化实体单元模型以及梁单元简化模型的计算结果进行了对比分析。通过对差异原因的分析得出梁单元简化计算方法的适用性以及局限性,从而对工程中外包加固法加固拱圈的简化计算方法提供借鉴。其中在不考虑加固施工过程时,两种建模方式的计算结果除拱脚处差值较大外,其他位置差值均不太大。导致拱脚处计算结果差值较大的主要原因是拱脚位置的应力集中效应。当考虑加固施工过程时,两种建模方式的计算结果差值较大,其中采用梁单元简化模型并不能准确计算加固施工过程中拱圈的受力情况。
  (2)依托全桥的精细化实体单元模型,对外包加固施工过程中、加固完成后的拱圈受力性能进行了详细分析。对现浇混凝土外包加固层时,不同加固顺序下拱圈的受力性能进行了评价,选取更加安全合理的施工方式,为加固施工提供指导;通过对考虑混凝土收缩徐变时,加固前后不同阶段拱圈受力情况的分析,对外包层新浇筑混凝土收缩徐变对老拱圈具体的影响进行了研究。
  (3)通过对加固前后拱圈极限荷载的求解,从极限承载力、裂缝发展、极限状态下拱圈的内力以及挠度等几个方面,对外包加固法的加固效果进行了定性分析,为外包法加固拱圈的设计提供参考。
[硕士论文] 张博恒
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:混凝土斜拉桥因跨度大、美观实用等优点,在大跨桥梁中应用广泛。由于混凝土斜拉桥属于复杂高次超静定结构体系,其设计和施工均较为复杂,尤其是合理成桥状态施工合理索力的确定。首先,本文基于国内外既有研究成果,调研并分析比较了合理成桥状态及合理施工状态确定的方法。其次,为解决采用前进分析倒退分析法确定施工状态过程中存在的不闭合问题,开展了不闭合问题因素分析及提出对应的解决措施。基于此,利用有限元软件Midas Civil建立三维模型,对依托工程金南大桥进行了不闭合因素分析,并进一步分析了各因素的影响程度。最后,基于无应力状态法解决不闭合问题,求得各施工阶段控制参数,为斜拉桥施工控制提供了理论依据。本文主要工作如下:
  1、以金南大桥为背景,分析了合理成桥状态的各个优化方法,比较了各自方法的优缺点;
  2、建立一套倒退分析模型前进分析模型,分析可知,采用前进分析倒退分析方法确定施工阶段索力时,按倒退分析得到的结果进行前进分析计算,最终结果设计理想状态不闭合;影响前进分析倒退分析不闭合的因素主要包括结构体系转换因素、几何非线性因素、收缩徐变因素、结构预应力因素;
  3、针对各自因素引起的不闭合问题,对不闭合因素进行原因分析,提出了解决各自因素引起的不闭合问题的措施:对于体系转换因素引起的不闭合,可采用调索方法、在前进分析中安装支座前施加反力、倒退分析时将临时固结边界定为结构变形前使两方法对应阶段状态一致;采用均考虑几何非线性的倒退-前进分析方法且提高收敛精度,可将几何非线引起的不闭合影响降到最低;收缩徐变因素预应力因素引起的不闭合可采用倒拆-正装迭代法,使成桥索力目标索力闭合,成桥状态向目标状态靠近;
  4、在实际工程金南大桥基础上进行了不闭合因素影响程度分析,分析可知:由收缩徐变因素导致的不闭合影响最大,其次为体系转换因素,最后为几何非线性因素;
  5、介绍了无应力状态法基本原理,探讨了收缩徐变对主梁线形的影响;最后,采用无应力状态正装迭代法解决收缩徐变引起的不闭合问题,并在此基础提取施工控制参数,为斜拉桥施工提供理论依据。
[硕士论文] 王子进
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:缆索吊装施工的混凝土拱桥,拱圈截面由预制拱肋和现浇的纵缝混凝土和顶板混凝土组成,成拱后拱圈截面本质上是一个含有应力梯度分布的组合截面。目前,缆索吊装施工的混凝土拱桥主拱截面极限承载能力仍按《公路圬工桥涵设计规范》或《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行验算,没有考虑拱圈组合截面中因应力历史对结构受力性能及承载力的影响;迄今为止国内很少从缆索吊装混凝土箱型拱桥拱圈组合截面部分存在应力历史开展拱圈承载力验算方法的相关理论研究。
  本文以主跨180m的海马大桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立能考虑拱圈各组分形成过程的拱圈施工阶段联合截面,开展对缆索吊装施工混凝土拱桥裸拱和成桥阶段按照全截面一次成拱和成桥的内力、应力对比分析,比较分阶段施工成拱的拱圈截面的混凝土拱桥一次落架成桥在内力、应力的差异,开展混凝土收缩徐变对分阶段施工成拱截面应力重分配的影响分析。
  基于缆索吊装混凝土拱桥的拱肋截面应力较大,纵缝及顶板混凝土应力较小的应力梯度分布,在拱圈截面以极限承载力破坏时,必然以应力最大的组合截面开始,为此,在现有《公路圬工桥涵设计规范》构件极限承载力验算基础上,对分阶段成拱的组合截面极限承载力进行分析,提出截面折减法改进现行组合截面的极限承载能力的验算方法,考虑应力历史对拱圈承载力影响。
  采用MIDAS/Civil开展施工过程对裸拱状态和成桥状态对结构动力特性和稳定性影响分析,对比一次落架成拱的裸拱状态和成桥状态的结构动力特性和稳定性计算结果,讨论由分阶段施工成拱对裸拱和成桥状态的动力特性和稳定性影响。
[硕士论文] 马庆涛
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:石膏岩体是一种对水敏感性强的岩体,会水发生反应产生膨胀作用,进而影响二衬结构的受力变形,危害隧道的建设运营。基于此,本文依托礼让隧道工程,分析了石膏岩体的内部膨胀机理作用,模拟研究了石膏地层的膨胀作用对隧道二衬结构的影响,得到了一些结论,旨在对类似的施工设计提出建议,指导施工。
  本文以礼让隧道工程背景,介绍了石膏岩层的具体施工修建工程技术应用,确定了膨胀围岩的分级,指明了在关键部位下发生病害的处理措施。并且从石膏的内部提出了石膏膨胀作用机制,从源头上提出了石膏岩的膨胀原因影响膨胀作用的因素。接着,本文建立了平面弹塑性模型,在基于假定的基础上,提出了一些结论,如下:
  (1)膨胀作用对二衬的拱顶拱底都会产生影响,增加拱顶的下沉值拱底的隆起值,但是在隧道底部设置仰拱,会减少底鼓位移值的大小,因而在膨胀岩中修建隧道,设置仰拱会改善底鼓现象。
  (2)设计断面的拱脚处有等效应力最大值且分布有等效应力最大值区,说明了石膏膨胀性岩层的危险区域在两侧拱脚处。因此断面的设计应保证拱脚处的链接平顺,且对拱脚要进行二次衬砌的加强设计,确保拱脚处的安全。
  (3)对于隧道建筑限界基本相同的深仰拱断面一般仰拱隧道设计断面来说,在石膏的膨胀作用前后,深仰拱断面在二衬受力(包括主应力、轴力、弯矩)、仰拱隆起值、拱顶沉降值、围岩等效应力、塑性区等方面表现较好。且在石膏膨胀作用后,深仰拱断面的位移增加值较小,受力分布均匀,使二衬周边围岩的受力更加合理。但是其开挖量较大,因此结合实际石膏岩工程应用,提出了既能保证工程安全又能节约成本的合适隧道断面。
  (4)在膨胀作用一定的情况下,锚杆支护的长度越长,二衬周围围岩的共同变形所产生的位移值、应变值越小。但并不是说越长越好,锚杆太长除造成材料经济浪费外,所起到的效果并不大。因此,应确定合理的锚杆长度。
[硕士论文] 刘磊
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:缓冲体式防撞装置主要通过延缓碰撞、拨转船头、吸收能量三大途径保护桥梁免受船舶撞击的破坏,应用于桥墩结构对减轻桥梁船撞事故的危害有非常现实的工程意义,但目前针对内河驳船撞击的防撞装置研究和应用较少。
  本文以防撞装置在驳船碰撞下的耗能机理为研究目标,通过建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型探究相关参数变化对防护性能的影响,并通过各角度的驳船撞击有限元模拟分析对其防撞耗能效果进行了验证,以及通过改变防撞装置的接触外形特征进一步全面分析其耗能机理。本文主要研究内容及成果如下:
  (1)防撞装置弹簧-阻尼模型关键参数分析。建立500DWT内河驳船精细化有限元模型撞击刚性桥墩;同时提出并建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型,开展驳船不同弹塑性刚度参数防撞装置的碰撞动力有限元分析,对撞击力、撞深及能量关系曲线进行对比分析。结果表明,弹簧刚度和最大容许变形等参数对防撞装置的防护性能有深远的影响,并初步提出防撞装置相关参数的建议取值。
  (2)弹塑性钢阻尼器在防撞装置中的耗能机理分析。建立弹塑性钢阻尼器的力学计算模型和有限元分析实体模型,计算其耗能钢构件的本构关系,并建立基于弹塑性钢阻尼器本构参数的防撞装置弹簧-阻尼模型,分析其在驳船撞击下的动力响应。结果表明,合理布置的弹塑性钢阻尼器能够在防撞装置中有效发挥变形耗能作用。
  (3)防撞装置对不同角度驳船撞击的防护机理研究。开展500DWT驳船以不同角度撞击桥墩及防撞装置的动力有限元分析,对撞击力、驳船运动过程和能量转化形式进行对比。结果表明,防撞装置对各角度的驳船碰撞均有防护效果。斜撞工况中,接触面间的摩擦成为关键要素,防撞装置能够减小驳船船艏桥墩间的摩擦,改变驳船运动方向,促使其尽快脱离桥墩,带走部分碰撞动能,降低桥梁结构的损伤风险。
  (4)防撞装置接触面外形对耗能机理的影响分析。以500DWT驳船撞击两种接触面外形的刚性桥墩和防撞装置模型,分析其碰撞过程和动力响应情况。结果表明,撞击力船艏-桥墩间的接触面形状相关;通过将防撞装置的接触面外形改变为弧面形,能够延缓驳船的碰撞过程以进一步降低撞击力,并能使防撞装置船艏协同消耗碰撞能量,达到“三不坏”的防撞目标。
[硕士论文] 唐杨
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于乌曼斯基第二理论和有限元法,通过建立了折线形波形钢腹板组合箱梁分析模型,研究了折线形波形钢腹板组合箱梁的扭转特性以及波形钢腹板的结构参数对折线形波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响。分析结果表明,在偏心荷载作用下波高和板厚对组合箱梁抗扭性能的影响比水平段长度大,折线形波形钢腹板组合箱梁的折角位置容易出现较大的扭转正应力,在折角位置增加横隔板可以有效降低箱梁的扭转正应力最大值。
  论文通过建立一个大跨径变截面波形钢腹板组合箱梁桥的有限元模型,对桥梁结构形式和波形钢腹板变厚度布置对箱梁抗扭性能的影响进行了分析研究,对比分析了在偏心汽车荷载作用下波形钢腹板等厚度布置和波形钢腹板变厚度布置对组合箱梁抗扭性能的影响。并波形钢腹板采用最小板厚等厚度布置的波形钢腹板组合箱梁相比较,研究结果表明采用波形钢腹板变厚度布置可以降低主墩两侧大部分区域的扭转正应力,并且对改善主墩附近的扭转正应力有一定控制作用;波形钢腹板采用最大板厚等厚度布置的波形钢腹板组合箱梁相比较,研究结果表明采用波形钢腹板变厚度布置能够在保持箱梁绝大部分区域抗扭性能不变的情况下降低结构挠度。
  论文剖析了波形钢腹板的数量、加劲肋的结构参数以及布置方式对抗扭性能的影响,提出了波形钢腹板变波高的布置方式和相关建议。研究结果表明:增加波形钢腹板的数量和加劲肋的厚度、宽度、数量可以明显提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;相同宽度、高度、厚度的波形钢腹板加劲肋,但采用双面布置会降低波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;在恒载不变的情况下,适当减小波形钢腹板的厚度用于增加波形钢腹板的波高可以进一步提高箱梁的抗扭性能,提出了波形钢腹板变波高的布置方法,即在结构抗扭性能较弱的区域增大波形钢腹板的波高。通过在实桥上验证波形钢腹板变波高的布置方式对抗扭性能的影响,进一步说明了波形钢腹板变波高的布置方式可以运用于工程实际。
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