《橋樑群樁基礎在船撞作用下的動力反應研究》是依託南京航空航天大學，由程曄擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：橋樑群樁基礎在船撞作用下的動力反應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程曄
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
群樁基礎是大型橋樑普遍採用的基礎形式，而船撞作用下橋樑的群樁基礎的安全性缺乏研究。目前船撞橋樑的研究中，簡化處理了土-結構相互作用，嚴重影響了分析結果的精度和可靠性。本項目將針對橋樑群樁基礎在船撞作用下的動力反應這一高度非線性的瞬態動力問題開展研究。基於直接法的思路，耦合船-橋碰撞、土-結構相互作用，開展室內模型試驗和數值模擬。分析船體、橋樑結構（包括群樁基礎）和土體在碰撞過程的動力特性，建立合理的模型，模擬上述耦合動力反應過程，揭示群樁基礎、土體、船舶及上部結構等碰撞關聯物體的特性對群樁基礎在船撞作用下的動力反應的影響機理。在此基礎上，進一步研究考慮土-結構相互作用的橋樑船撞力的計算方法和全橋在船撞作用下動力反應的群樁基礎部分的簡化模型。研究成果將推進船撞作用下橋樑結構的合理設計，促進全橋在船撞作用下動力反應等相關研究的發展。
結題摘要
船撞作用下橋樑群樁基礎的安全性缺乏研究。本研究針對船撞作用下群樁基礎的動力反應機理，基於直接法的思路，耦合船—橋碰撞、土—結構相互作用，利用室內模型試驗和數值模擬，開展了以下研究工作:(1)研究了船舶結構對船舶碰撞影響,分析了船艏水平向和豎向隔板數、形狀及板厚等因素對船碰撞動力反應的影響，結果表明隨著船舶剛度增大，船撞力隨之增大，碰撞接觸時長縮短，碰撞耗能率下降。(2)研究了船撞作用下單樁及群樁的動力反應，結果表明隨著船舶重量增加，最大樁頂位移逐漸增加，最大樁頂加速度雖逐漸增加，但增幅不大。隨著船速的增加，最大樁頂位移及最大樁頂加速度逐漸增大；隨著撞擊角度減小，最大承台加速度出現時刻、最大承台位移均逐漸減小，最大承台偏轉角度先增大後減小，在撞擊角度為 時，最大承台偏轉角度最大。隨著撞擊位置從承台中心向承台邊緣變化，承台加速度時程、最大承台位移變化較小，而最大承台偏轉角度呈線性增加。隨著上部荷載增加，最大樁頂加速度、最大樁頂位移均逐漸減小。隨著露出地面樁長的增加，樁基礎動力反應均逐漸增加，由於整體剛度變大，露出地面樁長對群樁的影響小於單樁。樁間距對群樁動力反應影響均較小。隨著樁徑和樁數的增加，最大樁頂加速度、最大樁頂位移逐漸減小，但減幅逐漸減小；隨著土動彈性模量的增加，最大承台位移和最大承台加速度逐漸增加，增幅逐漸減小。(3)研究了混合樁水平抗彎剛度，分析了含鋼率、泥皮彈性模量及泥皮厚度對混合樁的水平抗彎剛的影響。在此基礎上，進行多元線性回歸擬合分析，提出了混合樁水平抗彎剛度的計算方法。(4)研究了船撞作用下混合樁單樁動力反應，相同的船撞作用下，混合樁的樁頂最大位移、樁頂最大加速度比普通樁小得多，鋼護筒明顯提高了樁的抗水平撞擊性能。有泥皮的混合樁的樁頂最大位移、樁頂最大加速度均大於無泥皮的，表明泥皮對於混合樁的水平承載性能存在不利影響。(5)研究了最大船撞力和各影響因素的關係，提出了考慮了土-結構相互作用船撞力計算方法，該方法中最大船撞力和船舶重量的開方成正比、和船速成正比、和樁徑、土體剪下模量、地面以上樁長成指數函式關係。綜上所述，在船撞作用下樁基礎的動力反應機理研究基礎上，提出土-結構相互作用對船撞力計算方法；針對船撞防護的新型樁基礎-混合樁，提出了其水平抗彎剛度計算方法，並結合其結構特性分析船撞作用下動力反應影響，上述工作可指導船撞作用下橋樑樁基礎的合理設計。
