首页/文章/ 详情

NFX|抗船撞设计-强迫振动方法

5月前浏览5769

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:

—船撞力时间过程(MN);
I。—初始动量(MN·s);
—无量纲撞击力-时间参数;
—t/T,无量纲撞击力时刻;

T—撞击力持续时间(s);

t—撞击力时刻(s);

—统计量参数,按第D.2.2条与第D.2.3条规定取值。

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);

—常系数,按表D.2.2取值;当船舶等级介于表列数据之间时,应先将等级换算成对应的质量,再利用表格中的质量关系线性内插确定。

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。

D.2.3 对于驳船,式(D.2.1-1)的撞击力-时间参数应按下列公式确定:

式中:

—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)

—常系数,按表(D.2.3)取值

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

通过自动连接和几何检查,来确保几何构件之间有共面

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

收敛过程查看
0.05(sec)

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:

式中:

—桥梁构件的抗船撞性能,按附录A的规定计算;

—桥梁构件在考虑船撞作用的偶然组合下作用效应设计值;
G—桥梁结构永久作用标准值;
F—设防船撞力;
Fw—水流、波浪压力标准值;
—汽车荷载准永久值。

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);

箍筋部分的抗剪承载力设计值(kN);
—钢骨部分的抗剪承载力设计值(kN);
—抗剪冲击效应折减系数,取0.7;
—混凝土剪切强度(kPa);
—构件横截面的毛截面积(m²);
—混凝土28d圆柱体抗压强度标准值(MPa)

其中为混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);

—配筋计算系数和轴力计算系数,其中0.025<≤0.25 ;
—螺旋或环形箍筋体积配箍率;
—箍筋的抗拉强度设计值(MPa);
Asp—同一截面上螺旋或环形箍筋的总截面积(m²);
D'—自箍筋环中心线量取的箍筋环直径(m);
s—箍筋间距(m);
—构件塑性铰区的转角延性需求;
—矩形箍筋在计算方向的体积配箍率;
—加载方向的同一截面上箍筋的总截面积(m²);
b—矩形构件截面宽度(m);
—包含侧倾力的墩柱轴力(kN);

—独立的箍筋环数量;

—加载方向上截面有效剪切高度,为自受压区边缘到受拉钢筋合力作用点的距离(m);

—钢骨的屈服强度设计值(MPa);

D—钢骨的腹板高度(m);

腹板厚度(m)
A.1.2 钢筋和钢骨混凝土板式构件在较弱方向(面外)受力时,应按墩柱计算其抗剪性能;在较强方向受力时,应按式(A.1.2)验算抗剪性能:

符号的含义及单位与第A.1.1条相同。

A.1.3 轴压比小于0.5,且剪跨比为1.5以上的钢筋和钢骨混凝土柱式构件的弯曲变形性能应按下列规定计算,其他钢筋混凝土柱式构件的弯曲变形性能应进行专门研究。
1.构件的弯矩-转角关系应采用图A.1.3规定的理想弹塑性模型描述。
2.钢筋混凝土柱式构件的弯曲变形性能等级的界限值按下式确定:

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。

—构件塑性铰区的极限塑性转角(rad);
—塑性铰区极限曲率( );
—塑性铰区屈服曲率( );
—塑性铰长度(m),
=1.0H,H为计算方向截面高度。

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

—永久作用产生的水平位移与船舶撞击作用产生的水平位移之和
—橡胶层总厚度;
—支座容许最大滑动水平位移;
—包括船撞作用偶然组合下支座水平力设计值;

—支座的静摩擦力;

—支座水平承载力设计值。
A.4 桩基础整体稳定性指标
A.4.1桩基础的整体稳定性指标可表A.4.1的规定计算

来源:midas机械事业部
振动碰撞非线性几何处理通用船舶汽车NFXMIDAS材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-06-01
最近编辑:5月前
MIDAS官方
幸福、贡献、分享-用技术创造幸福
获赞 126粉丝 343文章 474课程 11
点赞
收藏
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈