橋梁復(fù)合材料防撞設(shè)施優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、隨著我國交通行業(yè)的迅速發(fā)展，截止2016年底我國公路橋梁總數(shù)已超過80萬座，鐵路橋梁總數(shù)已超過20萬座，已成為世界第一橋梁大國。橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)量越來越多，特別是跨江跨河和跨海橋梁數(shù)量的增多使其面臨的船撞風險越來越大。為了預(yù)防船撞橋梁事故，橋梁設(shè)計者采取了許多相應(yīng)的防范措施，其中就包括對已修建或在建橋梁加裝被動防撞裝置。防撞裝置的作用就是通過改變船舶的撞擊方向或者減少船舶撞擊力來降低對橋梁的損害，與此同時盡可能的減小對船舶和防撞裝置造成的損

2、害。在我國的許多橋梁上船橋碰撞的橋墩防護裝置已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，但是對于大型防撞裝置，普遍存在著一些問題，或設(shè)計的撞擊承載能力大大超過了發(fā)生一般船橋碰撞的真實值，或者沒有根據(jù)船舶碰撞的方式進行優(yōu)化，造成了大量的人力物力財力的浪費。究其原因，主要是兩方面造成:一是由于時代因素，對船舶碰撞機理及碰撞力的估算不夠準確，從而錯誤地估算了防護裝置所需要的撞擊承載能力;二是其結(jié)構(gòu)形式還可以進行進一步的優(yōu)化，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低建設(shè)、維護成本。本文以

3、復(fù)合材料防撞套箱為研究背景，采用數(shù)值模擬的方法，對幾種防撞等級的套箱進行優(yōu)化設(shè)計研究。
　　本文通過非線性有限元軟件LS-DYNA進行船橋碰撞的仿真分析，通過MATLAB軟件進行復(fù)合材料套箱的優(yōu)化設(shè)計。本文主要的研究工作如下:
　　(1)采用有限元分析的方法，建立了船舶撞擊復(fù)合材料套箱模型，通過仿真分析不同防撞等級下復(fù)合材料套箱的三種不同緩沖筒布置形式，得到了船撞力和套箱撞深等動力響應(yīng)時程曲線。
　　(2)對不同防撞等

4、級套箱的三種不同緩沖筒布置形式分別進行擬靜力有限元仿真計算，通過分析得到各套箱的壓縮剛度。
　　(3)綜合分析各復(fù)合材料套箱的動力響應(yīng)和壓縮剛度，歸納總結(jié)出套箱合理的剛度區(qū)間。同時找出各防撞等級套箱內(nèi)緩沖筒最合理的布置形式。
　　(4)把套箱的外殼厚度和緩沖筒的壁厚兩個參數(shù)當作設(shè)計優(yōu)化變量，隨機選取樣本點進行數(shù)值仿真計算，得到相應(yīng)的船撞力、套箱總質(zhì)量和套箱吸收的總內(nèi)能。然后，分別對前面選擇出來的三種防撞等級的復(fù)合材料套箱，通