大跨度橋梁基礎(chǔ)在船舶撞擊作用下的模態(tài)分析

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1、2008NO.13科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工業(yè)技術(shù)大跨度橋梁基礎(chǔ)在船舶撞擊作用下的模態(tài)分析劉鋒(廣州市穗高工程監(jiān)理有限公司廣州510045)摘要：船舶撞擊橋梁的事故越來(lái)越多,引起了橋梁界的普遍關(guān)注。橋梁基礎(chǔ)在船舶撞擊作用下的模態(tài)分析能夠幫助正確評(píng)估橋墩的抗撞擊能力。本文對(duì)搜集的12座大跨度橋梁主橋基礎(chǔ)分別建立的實(shí)體有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析,得到基礎(chǔ)在撞擊作用下振動(dòng)的一般規(guī)律,可供橋墩防撞設(shè)計(jì)參考。關(guān)鍵詞：船撞橋動(dòng)力放大系數(shù)有限元模態(tài)分析中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編

2、號(hào)：1672-3791(2008)05(a)-0019-02隨著交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展,跨越港獲得靜態(tài)位移響應(yīng),再乘以動(dòng)力放大系數(shù)計(jì)算所需要的結(jié)構(gòu)前若干階特征值,是較區(qū)及通航江河的大型橋梁越來(lái)越多,而與m便得到撞擊力作用下的橋梁基礎(chǔ)的動(dòng)力為經(jīng)濟(jì)的[3-5]。D此同時(shí),全世界船舶也正向大型化、高速位移響應(yīng)。3.2模態(tài)分析化發(fā)展,艘次和噸位都不斷增加,這使得船本文對(duì)所收集的大跨度橋梁如表1所舶撞擊橋梁的災(zāi)難性事故日益增多。目3模態(tài)分析示,利用后面將采用大型通用有限元程序前,船橋碰撞這一課題已經(jīng)引起了世界各由于船橋碰撞的

3、撞擊力是一個(gè)隨時(shí)間ANSYS來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振特性,故采用國(guó)的廣泛關(guān)注。變化的任意荷載,動(dòng)力放大系數(shù)的正面求ANSYS程序中的子空間迭代法來(lái)進(jìn)行求一般來(lái)說(shuō),船舶撞擊橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的解是非常困難的,我們可以通過(guò)大量的計(jì)解。動(dòng)力分析是計(jì)算難度和分析規(guī)模非常大的算,來(lái)總結(jié)出動(dòng)力放大系數(shù)與結(jié)構(gòu)固有頻大跨度橋梁主橋基礎(chǔ)的空間有限元模工作,要分別考慮船舶的構(gòu)造、橋梁的構(gòu)率w和撞擊時(shí)間t的一般規(guī)律,而要進(jìn)行動(dòng)型的建立采用實(shí)體單元Solid45模擬樁基造和水流等因素進(jìn)行具體建模,對(duì)其碰撞力分析的第一步就是要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分和承臺(tái)混凝

4、土；采用彈簧—阻尼單元過(guò)程進(jìn)行LS-DYNA仿真模擬才能得到二析。Combin14模擬樁土的相互作用；采用三維者復(fù)雜的非線性動(dòng)力響應(yīng)。故橋梁專業(yè)設(shè)模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性(固梁?jiǎn)卧狟eam4模擬上部結(jié)構(gòu)的墩或塔；采計(jì)人員在初步設(shè)計(jì)時(shí)必須要對(duì)船撞橋墩進(jìn)有頻率和振型),它們是承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)用質(zhì)量單元Mass21模型上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。行復(fù)雜的非線性動(dòng)力分析來(lái)擬定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。同時(shí)也可以作為其他限于篇幅只列前4座大橋的模型圖,如圖的尺寸,其工作量非常大,極為不方便。因動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題的起點(diǎn),是進(jìn)行譜分析和

5、1～4所示。此在保證工程精度的情況下,有必要對(duì)船模態(tài)疊加法譜響應(yīng)分析或瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析分別對(duì)有無(wú)上部結(jié)構(gòu)的模型進(jìn)行有限橋碰撞過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化。所必需的前期分析過(guò)程。元模態(tài)分析,結(jié)果如表2所示。3.1模態(tài)求解的方法從表2我們可以看到,有無(wú)上部結(jié)構(gòu)的1船撞橋的力學(xué)簡(jiǎn)化求解結(jié)構(gòu)t階自振頻率的方法很多,常模型中,結(jié)構(gòu)的一階固有頻率相差很小,在船舶撞擊橋梁時(shí)的行駛速度往往不用的有逆迭代法、行列式搜索法、瑞利—6%之內(nèi)；二階和三階固有頻率相差也是比大,屬低速撞擊,再加上船舶相對(duì)橋梁基礎(chǔ)李茲法、廣義雅可比法、QR法、子空間迭較小的。

6、由動(dòng)力學(xué)知識(shí)可知結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是相對(duì)柔性的,船舶特別是船艏代法、Lanczos法等。在有限元?jiǎng)恿τ?jì)算中動(dòng)力放大系數(shù)中貢獻(xiàn)最大一般是一階固有位置的構(gòu)件會(huì)隨著撞擊過(guò)程的進(jìn)行不斷地用得比較普遍的是行列式搜索法和子空間頻率、其次是二階、再次是三階。故我們屈服,因此船舶撞擊橋梁基礎(chǔ)其撞擊力實(shí)迭代法,其中行列式搜索法是逆迭代法和可以忽略上部結(jié)構(gòu)的影響,建立只有樁基、際上是一個(gè)先增加又減小再增大又減小不斯特姆(Sturm)序列的結(jié)合,它具有速度快、承臺(tái)和樁土相互作用的模型進(jìn)行模擬,得斷重復(fù)直至最大值,隨后由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)開精

7、度高、不失根等優(yōu)點(diǎn),使用于總體剛度到各大跨度橋梁主橋基礎(chǔ)的前5階固有頻始振動(dòng),撞擊力又是一個(gè)先減小又增加再矩陣帶寬較窄、能全部存入內(nèi)存的情況；率,如表3所示。減小又增加不斷重復(fù)直至為零。由此可知對(duì)于大型結(jié)構(gòu),用子空間迭代法可以直接從表3中,我們可以看到各主橋基礎(chǔ)結(jié)船舶對(duì)橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的撞擊是一個(gè)任意荷表1載作用下的動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程。2動(dòng)力放大系數(shù)的引入由瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)可知,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力位移響應(yīng)y=my,其中m為動(dòng)力放大系DstD數(shù),y為相同幅值靜力作用下的位移響應(yīng),st可見動(dòng)力放大系數(shù)是架起動(dòng)力響應(yīng)與靜力響應(yīng)之間的橋梁

8、。動(dòng)力放大系數(shù)m是基礎(chǔ)D結(jié)構(gòu)的固有頻率w、撞擊作用時(shí)間t的函數(shù)和阻尼比z的函數(shù),即：m=m(www,t,z)(1)D12n由于船舶撞擊橋梁的過(guò)程是短暫的,其撞擊時(shí)間一般在3～5s之內(nèi),因此可以忽略阻尼的影響[1][2],故(1)式可以寫成：m=m(www,t)(2)D12n因此橋梁設(shè)計(jì)者在通過(guò)其他渠道獲得撞擊力后,可以用該撞擊力進(jìn)行靜態(tài)加載科技資訊SCIENCE&TECH