《基於P-a曲線的橋樑船撞動力需求分析衝擊譜方法研究》是依託湖南大學，由樊偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於P-a曲線的橋樑船撞動力需求分析衝擊譜方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：樊偉
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
確定船撞下結構的需求是橋樑船撞研究中的基本問題，關係到能否正確評估船撞風險，設計防撞策略及措施。現有的規範靜力法雖簡單實用，但卻難以反映船-橋相互作用的動力本質，沒有考慮動力效應的影響，使結構需求被遠遠低估，可能導致重大安全事故，造成巨大的生命財產損失。採用非線性接觸有限元技術雖可模擬船-橋碰撞過程，但存在數值易不穩定、計算效率低等不足，難以廣泛運用。為此，本項目將結合船首擬靜力和船-橋碰撞模型試驗，探討基於駁船和散貨船兩類船舶的撞擊力（P）與撞深（a）關係曲線，系統地研究船撞衝擊譜法，使其能高效、合理地估計橋樑結構的動力需求。主要內容有：（1）建立模型化動力P-a曲線；（2）構建彈性與非彈性衝擊譜，以及適用於船撞的振型組合方法與所需振型數判斷方法；（3）開展基於落錘試驗機的船-橋動力相互作用模型試驗。研究成果能為研究防撞措施與策略提供依據，也為將來我國制定專門的橋樑船撞設計規範提供參考。
結題摘要
建立行之有效的船撞橋樑結構動力需求分析方法是當前船撞研究中重要而關鍵的問題之一。本項目以建立基於P-a曲線的橋樑船撞動力需求分析方法為總目標，提出了橋樑船撞衝擊譜分析方法，使其既具有傳統規範靜力法簡單方便的特點，又能夠較為合理地反映船-橋相互作用的動力本質。本項目開展的主要工作和成果有：（1）採用多種CAD/CAE軟體聯合建立了多種不同DWT的船舶精細化有限元模型，並形成了快速建立精細化船舶模型的一般性流程，為橋樑船撞動力分析提供了基礎；（2）採用接觸-碰撞有限元分析技術，較為深入系統地研究了船舶P-a曲線的局部和整體特徵，闡明了船舶P-a曲線特徵的物理含義，指出了應變率及接觸面積對P-a曲線的影響規律，給出了考慮這些因素影響的計算公式；（3）研究了適用於船撞衝擊譜分析的模態疊加方法，指出了傳統地震反應譜分析中SRSS和CQC方法不適用船撞衝擊譜分析中的原因，證明了橋樑結構船撞回響僅與有限階模態有關且峰值回響時刻具有一定預測性；對大量船-橋碰撞情形進行模態時程分析，獲得了估計峰值回響時刻的四種基本類型，建立了峰值回響時刻的估計公式，提出了Weighted Algebraic Sum (WAS)模態組合方法，並驗證方法的有效性；（4）結合湖南大學高性能落錘試驗機系統，開展了多組受壓墩柱抗衝擊性能試驗，指出了影響橋墩抗撞能力的主要因素，並研究了修正的數值模擬方法。在該項目資助下，項目負責人及團隊已在《ASCE Journal of Engineering Mechanics》等SCI期刊發表論文5篇，《中國公路學報》EI論文1篇，國際會議論文2篇，獲批國家發明專利1項，實用新型專利1項，撰寫《橋樑工程》和《橋樑設計百問》等書籍橋樑船撞相關章節等。本項目研究成果將促進橋樑船撞領域的研究，並為我國將來制定專門的橋樑船撞設計規範提供參考。
