摘要
本文详细阐述了桥梁船撞效应的有限元模型计算分析方法。首先,介绍了采用强迫振动方法时,需考虑土-基础相互作用,并规范结构振型阻尼比和强迫力模型的确定。接着,详述了船舶撞击力模型的确定方法,特别针对轮船和驳船给出了计算公式和参数取值。文章还通过示例说明了计算分析的步骤,包括几何、材料处理、网格划分、边界和荷载定义,以及非线性隐式瞬态动力分析的选择和结果查看。此外,强调了抗船撞性能验算的重要性,包括强度验算和变形验算,并提供了相关计算公式和构件抗船撞性能指标的计算方法。这些内容为桥梁设计和船撞效应分析提供了全面的指导。
正文
采用强迫振动方法时,桥梁的有限元模型应满足第6.1.3条的规定,船舶撞击作用采用强迫力模型,如图6.3.1所示。
6.1.3桥梁主体结构船撞效应计算应采用全桥结构分析模型,并考虑土-基础的相互作用。
采用强迫振动方法时,结构的振型阻尼比应按表6.2.3取值
采用强迫振动方法时,强迫力模型应按附录D的规定取值
D.2.1船舶撞击力模型(见图D.2.1)应按下列公式确定:
式中:
T—撞击力持续时间(s);
t—撞击力时刻(s);
D.2.2对于轮船,式(D.2.1-1)的撞击力-时间参数应按下列公式确定:
式中:
a—常系数,按表(D.2.2)取值;
M—满载排水量(t);
v—撞击速度((m/s);
条文说明
表D.2.2中第一列是船舶的尺度或等级,第二列是统计参数时各等级船舶的计算质量。
—常系数,按表(D.2.3)取值
β—径宽比
M—满载排水量(t),按表(D.2.3)取值
v—撞击速度(m/s)
示例
5000(DWT)/撞击速度3(m/sec)/撞击深度1(m)
几何处理
建立各区域共面及检查几何
材料赋予
网格划分
边界定义
荷载定义
施加在撞击区域几何上
冲击力是MN×10000000,通过excel,ctrl+c,ctrl+v粘贴到程序中
分析工况定义及结果查看
选择非线性隐式瞬态动力分析
*分析时间1 sec/20增量输出
1(sec)
6.1.2船撞计算模型与方法的选取应满足桥梁抗船撞性能验算的要求。
条文说明
复杂结构和复杂撞击过程的计算结果和计算模型、计算方法关系很大,不同的计算模型和方法又与设计人员的水平、能力以及计算时间、费用等有关,但总体而言,在计算机技术比较发达的情况下,计算分析需以满足性能验算为目的。
4.3 抗船撞性能验算
4.3.1抗船撞性能验算应分别进行强度验算和变形验算。
4.3.2抗船撞性能验算应符合下式规定:
—桥梁构件的抗船撞性能,按附录A的规定计算;
条文说明
本条给出了撞击作用偶然组合需要考虑的作用。明确了温度作用等不参与撞击组合,是对现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60)的补充。船撞作用属于偶然作用,根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60)的规定,偶然组合各类作用的分项系数统一取1.0,参与组合的主要可变作用取其频遇值或准永久值,这里规定参与船撞组合时汽车荷载取其准永久值。美国《公路桥梁设计规范》中,船撞组合考虑了0.55倍的汽车荷载,与本条规定类似。
4.3.3柱式构件的性能等级按构件转角或塑性铰区转角划分,其界限值按应按附录A计算。
4.3.4当墙(板)式构件承受面外力时,应按柱式构件进行抗撞验算;承受面内力时,抗剪能力应按附录A计算。
附录A构件抗船撞性能指标
A.1钢筋和钢骨混凝土构件的性能指标
A.1.1 钢筋和钢骨混凝土构件抗剪承载力应按下列规定计算:
式中:
—构件的抗剪承载力设计值(kN);
—混凝土部分的抗剪承载力设计值(kN);
其中为混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);
—独立的箍筋环数量;
—钢骨的屈服强度设计值(MPa);
D—钢骨的腹板高度(m);
符号的含义及单位与第A.1.1条相同。
式中:
—性能等级的界限值(rad);
k —构件极限塑性转角的安全系数,可取1.5;
a—构件性能等级系数,按表A.1.3取值。
A.2 钢管混凝土构件的性能指标
A.2.1 轴压比小于0.3的柱式钢管混凝土构件的弯曲变形性能等级应按本节规定值执确定。
A.2.2 柱式钢管混凝土构件的弯矩-转角关系应采用图A.2.2规定的双线性模型描述。
A.2.3 柱式钢管混凝土构件性能等级按构件转角划分,其界限值应按式(A.1.3-1)和式(A.1.3-2)确定,α应按表A.2.3取值。
A.3 支座性能指标
A.3.1 支座的船撞性能指标可按表A.3.1的规定计算。
表中
—支座的静摩擦力;