船舶撞击桥梁的理论分析与试验研究

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目前国内外对船桥碰撞有着广泛的研究,确定船舶撞击力对桥墩的防撞设计具有重要的指导意义。本文研究拟从理论分析入手,在简化的基础上,建立弹性碰撞模型,推导碰撞问题的理论解系,并据此给出简化的近似计算公式。本文依托于江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室开放项目《船舶撞击桥梁的机理分析与试验研究》,以试验和理论相结合的方法,对船桥碰撞过程进行系统的研究,主要研究内容和结论如下:1.本文研究的主要是简支梁桥船撞过程,文中对实际船桥碰撞过程中的上部结构、桥墩、地基基础及船舶进行了相应的简化,给出船桥碰撞理论计算简化模型。2.从经典结构动力学分析方法出发,使用DMSM(直接模态叠加法)对理论简化模型进行求解,得出碰撞系统的频率方程、模态、广义质量、桥墩位移响应及船撞力响应公式。3.进行了双柱式桥墩模型的撞击试验,撞击试验桥墩1的任意位置时,桥墩1和桥墩2同一平截面位置处加速度峰值基本一致,给出并验证了双柱式试验墩模型简化成单柱模型这一基本假定及试验模型与理论模型吻合度。4.对试验墩参数进行计算并相应的带入理论公式中,得出无量纲撞击力响应时程图。由响应图得知,越接近桥墩顶部船撞力响应峰值越大。5.试验中得出了不同撞击位置、不同撞击速度撞击时相应的船撞力的时程曲线,通过与理论船撞力峰值的比较,表明不同撞击位置时撞击力峰值的相对误差在5%左右,不同撞击速度时峰值的误差在8%左右,试验峰值与理论峰值基本吻合,验证了理论船撞力公式的可行性。
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