亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于有限元數(shù)值模擬的橋船碰撞分析

        2020-04-09 06:32:28
        建筑施工 2020年12期
        關(guān)鍵詞:橋墩加速度布置

        李 源

        上海公路橋梁(集團(tuán))有限公司 上海 200092

        針對(duì)大型橋梁施工期間的安全防護(hù)需求,進(jìn)行橋梁水中施工平臺(tái)的船撞研究,同時(shí)利用基于雷達(dá)的船舶監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng),在建設(shè)中的上海市昆陽路大橋上開展建設(shè)期間的工程示范運(yùn)用和測試。

        通過施工期間的船撞研究及防護(hù)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用測試,了解船撞對(duì)于施工臨時(shí)設(shè)施及橋梁主體結(jié)構(gòu)的危害及影響,及時(shí)采取有效防撞措施,對(duì)在建的橋梁起到預(yù)警與保護(hù)作用。

        實(shí)施模擬海浪環(huán)境下的船舶縮比船撞力試驗(yàn),掌握真實(shí)浪涌環(huán)境下船撞力的變化規(guī)律,對(duì)數(shù)值仿真技術(shù)結(jié)果進(jìn)行修正。在施工期的上海市昆陽路大橋上安裝橋梁防撞預(yù)警防護(hù)系統(tǒng),并根據(jù)各個(gè)階段的船舶運(yùn)營特點(diǎn)開展多種條件下的船舶預(yù)警測試與試驗(yàn)。

        通過多輪次的驗(yàn)證試驗(yàn),檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性,并對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)與分析,從而形成對(duì)主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)改進(jìn)的依據(jù)。

        1 數(shù)值分析方法

        1.1 有限元模型

        隨著非線性有限元技術(shù)的迅速發(fā)展,數(shù)值仿真技術(shù)已廣泛使用于航空、機(jī)械、汽車、造船等行業(yè)和領(lǐng)域。由于數(shù)值仿真技術(shù)比傳統(tǒng)計(jì)算方法更具優(yōu)勢,故近年來在橋梁防撞的分析之中也得到了越來越多的應(yīng)用。

        應(yīng)用表明,數(shù)值仿真方法不僅能再現(xiàn)碰撞過程中的一般力學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律,而且能夠?qū)ε鲎膊糠治矬w的變形和損傷進(jìn)行詳細(xì)描述。

        由連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律,以及應(yīng)力和位移的邊界條件,可以得出船橋碰撞中的控制方程式。通過對(duì)船橋碰撞中的控制方程式進(jìn)行相應(yīng)的變換,可以得到離散方程,如式(1)所示:

        式中:M——總體質(zhì)量矩陣;

        P ——總體荷載向量,由節(jié)點(diǎn)荷載截面力、體力等 組成;

        F ——由單位應(yīng)力場的等效節(jié)點(diǎn)向量組集而成。

        因黏性阻尼項(xiàng)的影響,上式變?yōu)槭剑?):

        式(2)與船橋材料的動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程及相應(yīng)的邊界條件一起,構(gòu)成船橋碰撞問題的非線性有限元控制方程[1]。

        1.2 船橋碰撞損傷分析

        橋梁船撞力損傷模型用以分析船舶撞擊橋墩時(shí)發(fā)生的損傷情況。下文出現(xiàn)的船撞力都是船舶撞擊橋墩的船撞力。

        船撞橋墩后不僅僅對(duì)橋墩產(chǎn)生破壞,還可能對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。因此,本節(jié)主要研究船撞力的大小、方向?qū)蛄旱膿p傷效果,以及在防護(hù)材料下的橋梁損傷效果,并建立橋墩在受到船撞力后的橋梁損傷模型。

        船橋撞擊過程中,船艏是變形最大的結(jié)構(gòu)之一,其結(jié)構(gòu)的典型損傷是外殼板、內(nèi)部橫縱骨架和甲板的彎曲、撕裂,而最主要的損傷是船艏結(jié)構(gòu)的壓皺,其在遭受撞擊后出現(xiàn)漸進(jìn)的褶皺過程。船舶其他部位變形微小,僅考慮質(zhì)量的因素。因此,為了減小計(jì)算模型的單元數(shù)目,仿真模型以船艏結(jié)構(gòu)來模擬整船的模型(圖1)。

        圖1 船撞橋墩有限元模型

        在最高通航水位和最低通航水位下,5 000 t船舶以3.76 m/s的速度與無防護(hù)設(shè)施的橋墩碰撞時(shí),由仿真結(jié)果可以看出船撞承臺(tái)后船舶和橋梁的損傷程度,如圖2所示。

        圖2 船撞承臺(tái)后承臺(tái)和船艏的損傷

        承臺(tái)的水平位移隨撞擊時(shí)間的增長整體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢,碰撞中承臺(tái)的水平位移曲線并非單調(diào)變化,曲線中存在著波峰和波谷。承臺(tái)水平位移最大值為14.74 mm,如圖3所示。

        隨著撞擊時(shí)間的增加,各工況下的樁基彎矩整體呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢。樁基最大彎矩分別出現(xiàn)在碰撞后0.7~1.1 s之間。正撞工況時(shí),樁基的最大彎矩出現(xiàn)在距樁頂3.15 m處,為6.21 MN·m;對(duì)于斜撞的工況,樁基的最大彎矩出現(xiàn)在距樁頂35.7 m處,為-10.07 MN·m,此處是樁基與土層即將接觸位置。這是由于該樁基礎(chǔ)屬于高承臺(tái)樁基礎(chǔ),局部沖刷線以上露出的樁基較長,導(dǎo)致土層上部附近的樁基彎矩最大。

        圖3 承臺(tái)水平位移時(shí)程

        2 縮尺試驗(yàn)

        在橋墩受損位置或結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、加速度變化最大位置設(shè)置傳感器,根據(jù)加速度傳感器的采集數(shù)據(jù)計(jì)算真實(shí)船撞力的大小,并根據(jù)受損模型估計(jì)出橋梁可能發(fā)生的損傷。

        2.1 測量系統(tǒng)

        造波池內(nèi)海浪環(huán)境船舶縮比模型撞擊力測量系統(tǒng)如圖4所示,主要由船舶縮比模型、橋墩縮比模型、海浪環(huán)境模擬設(shè)施、傳感器、儀器自動(dòng)控制等組成。

        圖4 海浪環(huán)境船舶縮比模型撞擊力測量系統(tǒng)

        造波模擬控制器主要實(shí)現(xiàn)造波設(shè)備、消波設(shè)備的控制,計(jì)算機(jī)主要用于采集橋墩上傳感器數(shù)據(jù)。

        海浪環(huán)境船舶縮比模型撞擊力測試情形如圖5所示。

        2.2 測點(diǎn)布置

        根據(jù)研究,被撞的墩柱長細(xì)比越大,則撞擊的后果就可能越嚴(yán)重。因此,布設(shè)模型選擇以橋梁矩形柱式墩模型為參考原型,且截面長寬比≥2。智能傳感器的布設(shè)主要分為3個(gè)部分:傳感器現(xiàn)場布設(shè)、傳感器供電及數(shù)據(jù)采集傳輸、傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析。

        2.2.1 應(yīng)變片——z向數(shù)據(jù)

        首先進(jìn)行應(yīng)變片的布置,如圖6所示。對(duì)于截面長寬比≥2的矩形墩柱,長邊受到?jīng)_擊荷載時(shí)會(huì)使整體產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng),發(fā)生彎曲應(yīng)變。由于墩柱四面都可能發(fā)生沖擊荷載,而寬度較小面產(chǎn)生的應(yīng)變很小,因此需要在長度較大的面布置應(yīng)變片,每一面布置3個(gè)應(yīng)變片,共6個(gè)應(yīng)變片。若墩柱長寬比<2,則考慮四面均布置,共12個(gè)應(yīng)變片。由圖6中的側(cè)視圖知,中間應(yīng)變片應(yīng)布置在撞擊點(diǎn)高度附近,上下應(yīng)變片與中間應(yīng)變片均距離0.5~1.5 m對(duì)稱布置即可。

        圖5 海浪環(huán)境船舶縮比模型撞擊力測試示意

        圖6 應(yīng)變片布置示意

        利用應(yīng)變片可以測到橋墩在不同高度處的應(yīng)變數(shù)據(jù),應(yīng)變?cè)酱?,代表距離撞擊點(diǎn)的位置越近。因此,可以稱沿著撞擊面高度方向?yàn)閦方向,由沿z方向的3個(gè)應(yīng)變片可以大致確定撞擊點(diǎn)的z坐標(biāo)。

        2.2.2 壓力傳感器——xy數(shù)據(jù)

        為能夠更全面地開展對(duì)船對(duì)橋墩復(fù)合材料柔性裝置的撞擊檢測預(yù)警,項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)布置了一系列的壓力傳感器,以期可靠地檢測出船撞過程的撞擊位置及經(jīng)過防護(hù)裝置吸能后作用在橋墩上的力大小和時(shí)程曲線等信息。在圖7所示中,橋墩防護(hù)材料內(nèi)部布置了四面兩排一共24個(gè)壓力傳感器,其中在4個(gè)拐角處均布置2個(gè)靠近的傳感器,主要是由于實(shí)際船舶對(duì)橋墩的撞擊位置一般會(huì)偏向邊角位置,同時(shí)利用拐角的傳感器組合測量撞擊力在2個(gè)方向的分量大小,利用撞擊力分量關(guān)系確定撞擊類型(正碰、斜碰或摩擦),并由力的大小確定撞擊的嚴(yán)重程度。

        船撞擊橋墩后,撞擊面可以較容易地由橋墩動(dòng)力相應(yīng)數(shù)據(jù)得到,確定撞擊面后需要進(jìn)一步確定撞擊點(diǎn)。此時(shí)在撞擊平面上需要2個(gè)坐標(biāo),x、z坐標(biāo)或者y、z坐標(biāo)(取決于哪一個(gè)撞擊面),x、y數(shù)據(jù)可以由撞擊面的壓力衰減特性和壓力動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間來確定。布設(shè)上下2排傳感器時(shí),可以將采集到的數(shù)據(jù)與應(yīng)變片數(shù)據(jù)結(jié)合,進(jìn)一步確定撞擊點(diǎn)的z坐標(biāo),最終確定撞擊位置。

        圖7 壓力傳感器布設(shè)

        2.2.3 三軸加速度傳感器——校驗(yàn)數(shù)據(jù)

        三軸加速度傳感器基于加速度的基本原理去實(shí)現(xiàn)工作,具有體積小和質(zhì)量輕的特點(diǎn)。三軸加速度傳感器的好處就是在預(yù)先不知道物體運(yùn)動(dòng)方向的場合下,可以應(yīng)用三維加速度傳感器來檢測不同加速度信號(hào),以確定物體運(yùn)動(dòng)方向。

        加速度傳感器布置規(guī)則與應(yīng)變片類似,如圖8所示。對(duì)于長寬比較大的墩柱,加速度傳感器只布置在長度較大的面上,否則四面均布置。三軸加速度傳感器數(shù)據(jù)可以估計(jì)船舶撞擊時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向,從而進(jìn)一步確定撞擊類型為正碰、斜碰或者摩擦,由傳感器的響應(yīng)時(shí)間差可以輔助確定碰撞點(diǎn)的位置,同時(shí)由動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間曲線可以估計(jì)能量耗散過程。

        圖8 加速度傳感器布設(shè)

        2.3 測量方法

        利用縮尺模型試驗(yàn)與理論數(shù)值分析,對(duì)水中橋梁施工期間所搭設(shè)的施工鋼平臺(tái)受到船撞時(shí)的工況進(jìn)行研究,全面了解在船舶動(dòng)態(tài)碰撞下常規(guī)的水中平臺(tái)損壞情況。

        一系列的試驗(yàn)和計(jì)算對(duì)比研究表明,在建立正確模型和計(jì)算參數(shù)基礎(chǔ)上的有限元分析結(jié)果精確且可靠。因此,通過數(shù)值模擬,可以呈現(xiàn)船舶對(duì)水中施工平臺(tái)的撞擊過程,從而初步了解這樣的過程對(duì)水中平臺(tái)的損害程度。同時(shí),根據(jù)船舶與水中平臺(tái)的縮尺實(shí)體模型,按照數(shù)值模擬所定義的工況條件,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展模型碰撞試驗(yàn)。

        雖然船舶經(jīng)過橋梁時(shí)航速一般要降低到5 m/s以下,但船的質(zhì)量一般以106~108 kg量級(jí)計(jì),幾何尺寸以10 m量級(jí)計(jì),則船的動(dòng)能就以102 MJ量級(jí)計(jì)。所以船橋相撞這一個(gè)毫秒到秒內(nèi)的短時(shí)間歷程,是包含著巨大的能量交換的動(dòng)態(tài)過程,其本質(zhì)上是一個(gè)非常復(fù)雜的沖擊動(dòng)力學(xué)問題。因此,對(duì)于實(shí)際的傳感器布設(shè)來說,在進(jìn)一步采集數(shù)據(jù)優(yōu)化之前,不論是哪一類傳感器,都需要設(shè)定一定的冗余量,以保證檢測的可靠性和魯棒性。

        3 結(jié)果比對(duì)

        通過模型實(shí)體碰撞試驗(yàn)的實(shí)測數(shù)據(jù),可以了解在橋墩被碰撞時(shí),被動(dòng)式防護(hù)系統(tǒng)以及其內(nèi)置的傳感器能否準(zhǔn)確采集到碰撞發(fā)生時(shí)的各種重要參數(shù),并將這些參數(shù)與理論分析的數(shù)值做比對(duì),從而推斷橋梁受撞損傷的情況。最終,將試驗(yàn)值與有限元模擬值進(jìn)行對(duì)比分析,從而達(dá)到驗(yàn)證系統(tǒng)有效性的目的,如圖9所示。

        根據(jù)工況模擬與試驗(yàn)對(duì)比分析,兩者數(shù)據(jù)基本吻合,驗(yàn)證了有限元模擬的有效性。

        4 結(jié)語

        基于本文中有限元模型的數(shù)值模擬以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和論證,得到如下幾個(gè)結(jié)論:

        圖9 工況模擬與試驗(yàn)值的對(duì)比分析

        1)有限元模型能夠很好地模擬船撞模型,通過殺死單元和解鎖單元,能真實(shí)地反映船撞后的橋墩和船的狀態(tài)。

        2)橋墩不同位置受到船舶撞擊時(shí),存在的破壞形態(tài)不同,可分為承臺(tái)破壞、樁頂破壞、樁部斷裂等。

        3)根據(jù)工況模擬與試驗(yàn)對(duì)比分析,兩者數(shù)據(jù)基本吻合,驗(yàn)證了有限元模擬是有效的,運(yùn)用這種模型能夠更好地對(duì)橋梁的防撞能力進(jìn)行設(shè)計(jì),從而得到更好的橋梁防撞設(shè)計(jì)方案,為大型橋梁的正常運(yùn)營與養(yǎng)護(hù)提供保障。

        猜你喜歡
        橋墩加速度布置
        “鱉”不住了!從26元/斤飆至38元/斤,2022年甲魚能否再跑出“加速度”?
        橋墩加固方案分析研究
        天際加速度
        汽車觀察(2018年12期)2018-12-26 01:05:42
        創(chuàng)新,動(dòng)能轉(zhuǎn)換的“加速度”
        金橋(2018年4期)2018-09-26 02:24:46
        死亡加速度
        軌道交通預(yù)制拼裝橋墩設(shè)計(jì)和施工
        上海公路(2018年1期)2018-06-26 08:37:36
        活動(dòng)室不同區(qū)域的布置
        早期教育(2016年5期)2016-08-23 12:05:08
        CTCS-3至CTCS-2等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組布置
        等級(jí)轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組布置原則探討
        預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩研究進(jìn)展
        欧美巨大性爽| 海角国精产品一区一区三区糖心| 伊人久久精品亚洲午夜| 久久亚洲精品中文字幕| 99久久久无码国产精品秋霞网| 女人被男人爽到呻吟的视频| 小蜜被两老头吸奶头在线观看| 亚洲国产av玩弄放荡人妇系列| 欧美日韩国产一区二区三区不卡| 夜夜嗨av一区二区三区| 免费啪啪视频一区| 国产高清乱理伦片| 国产美女高潮流白浆在线观看| 亚州毛色毛片免费观看| av网站可以直接看的| 激情五月开心五月啪啪| 国产女人好紧好爽| 亚洲国产精品va在线看黑人| 无码精品黑人一区二区三区| 午夜亚洲国产理论片亚洲2020| 亚洲国产成人精品激情资源9| 99色网站| 暴露的熟女好爽好爽好爽| 97精品一区二区三区| 亚洲色中文字幕无码av| 精品无码中文视频在线观看| 免费国产黄片视频在线观看| 一区二区三区在线观看视频精品| 日本少妇一区二区三区四区| av无码电影一区二区三区| 国产青草视频在线观看| 久久aⅴ无码一区二区三区| 精品无码人妻久久久一区二区三区| 日韩精品不卡一区二区三区| 亚洲第一网站免费视频| 久久只精品99品免费久23| 午夜精品久久久久久中宇| 久久av无码精品人妻糸列| 国产三级伦理视频在线| 中文字幕在线乱码亚洲| 午夜时刻免费入口|