桥梁在冲刷和船撞共同作用下的生命周期内时变损伤研究

项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51708484
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Flood induced scour and ship collision are the major reasons leading to bridge failure. A scoured bridge has the potential to be collided by a ship at the same time. Therefore, it is meaningful to investigate the security of a bridge during its life time under the combination of scour and ship collision. In this project, we aim to build a mathematical model of collision force by deriving the differential equation of vibration considering fluid dynamics and the coupling effect of fluid and solid for a bridge under scour and ship collision, and then solving it and validating the accuracy of the model through experiments; The collision force was monitored under different cases of scour and ship collision in multiphysics numerical and indoor experiments by using a collision force measurement system, investigating the effect of scour depth, angle of scour hole, and the bottom depth of the scour hole on the collision force, quantifying the influence degree of scour properties on the collision force. Based on equivalent static loads and dynamic analysis method, the probability of failure theory and calculation method will be investigated for the bridge under the combination of scour and ship collision, respectively. The results can be used for predicting the collision force of bridges under scour and ship collision; it also can be used to guide the design of bridge to resist the effects of the combination of scour and ship collision, which has higher theoretical value and social economic benefit.
洪水冲刷和船舶撞击是造成桥梁破坏的主要原因,桥梁有可能遭受冲刷和船撞共同作用,因此研究桥梁生命周期内在冲刷和船撞共同作用下的安全性意义重大。本项目拟以冲刷和船撞共同作用下的桥梁为研究对象,通过理论分析,建立船桥碰撞系统振动微分方程,考虑流体动力学及流-固耦合作用并对船撞力求解,构建冲刷和船撞共同作用下的船撞力数学模型,并通过试验进行验证;基于多物理场数值实验和室内试验,监测桥梁模型在不同冲刷和船撞情况下的船撞力,探索冲刷坑深度、坡度、底部宽度对船撞力的影响规律,定量分析冲刷坑深度、坡度、底部宽度对船撞力的影响程度;基于静力等效、动力分析方法,对桥梁在冲刷和船撞共同作用下的生命周期内失效概率进行理论分析,提出失效概率计算方法。研究成果为桥梁在冲刷和船撞共同作用下的船撞力预测提供科学依据;同时为桥梁抵抗冲刷和船撞的安全设计提供理论指导,将具有重要的理论价值和社会经济效益。

结项摘要

以冲刷桥墩-驳船碰撞试验为基础,跨航道桥梁为研究对象,研究冲刷和船撞共同作用对桥梁结构动力响应及船舶撞击力的影响,研究桥梁结构在双重灾害洪水冲刷和船撞作用下的失效概率。.(1) 制作试验驳船和桥墩,通过冲击碰撞试验,研究冲刷深度对撞击力、桥墩位移的影响。以冲刷桥墩-驳船碰撞试验为基础建立有限元模型,将有限元数值计算结果与试验实测值进行对比,并进行相对误差和绝对误差分析。结果表明:冲刷深度对撞击力和桥墩位移的影响与碰撞试验规律一致,有限元数值计算结果与试验位移实测值相吻合。.(2) 以三跨连续梁桥为研究对象,根据AASHTO规范建立驳船有限元模型,研究在驳船撞击作用下,冲刷深度对撞击力、船艏撞深及桥梁结构动力响应的影响。结果表明:当驳船速度和吨位一定时,冲刷深度对驳船最大撞击力的影响很小,但对船艏撞深影响较大。桥墩位移和桩身变形随着冲刷深度的加深而逐步增大。.(3) 以跨海双塔双索面斜拉桥为研究对象,研究冲刷和球鼻艏货轮撞击共同作用对撞击力、船艏撞深及桥梁结构动力响应的影响。结果表明:当货轮速度和吨位一定时,冲刷对球鼻艏货轮的最大撞击力影响很小,但对船艏撞深影响明显。例如,当撞速为1.03m/s时,无冲刷下的最大撞深约为0.37m,而20m冲刷下则约为0.32m,下降约14%,最大撞深和残余撞深均随冲刷深度的增加而减小。冲刷深度的加深会显著增加承台位移和桩身变形程度。例如,在2.06m/s撞速工况下,20m冲刷深度的承台水平位移最大值约为0.08m,是无冲刷工况下的4倍。冲刷深度对桥塔的局部损伤影响较大,冲刷的加深会增大桥塔的局部损伤面积,速度的增大则会加重承台受撞区域的损伤程度。.(4) 易损性分析结果表明:在相同的驳船吨位下,当撞击速度大于某一临界值时,随着冲刷深度的递增,桥梁结构在每个损伤状态下的超越概率递增。在相同的冲刷深度下,当撞击速度大于某一临界值时,桥梁结构在每个损伤状态下的失效概率随驳船吨位增大而增加。..

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(8)
Dynamic performance and damage evaluation of a scoured double-pylon cable-stayed bridge under ship impact
冲刷双塔斜拉桥船舶撞击动力性能及损伤评估
  • DOI:
    10.1016/j.engstruct.2020.110772
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Engineering Structures
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Guo Xuan;Zhang Chen;Chen ZhiQiang
  • 通讯作者:
    Chen ZhiQiang
Seismic Fragility Analysis of Corroded Chimney Structures
腐蚀烟囱结构的地震易损性分析
  • DOI:
    10.1061/(asce)cf.1943-5509.0001241
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Journal of Performance of Constructed Facilities
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Guo Xuan;Zhang Chen
  • 通讯作者:
    Zhang Chen
Nonlinear Dynamic Response and Assessment of Bridges under Barge Impact with Scour Depth Effects
具有冲刷深度效应的驳船冲击下桥梁的非线性动力响应和评估
  • DOI:
    10.1061/(asce)cf.1943-5509.0001467
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Journal of Performance of Constructed Facilities
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Guo Xuan;Zhang Chen;Chen ZhiQiang
  • 通讯作者:
    Chen ZhiQiang
Combined Effect of Vertical and Horizontal Ground Motions on Failure Probability of RC Chimneys
垂直和水平地面运动对 RC 烟囱失效概率的综合影响
  • DOI:
    10.1155/2018/9327403
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Advances in Civil Engineering
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Guo Xuan;Chen Wei;Yu JianBing
  • 通讯作者:
    Yu JianBing
Scour-dependent empirical fragility modelling of bridge structures under earthquakes
地震作用下桥梁结构的冲刷相关经验脆弱性模型
  • DOI:
    10.1177/1369433218815433
  • 发表时间:
    2019-04-01
  • 期刊:
    ADVANCES IN STRUCTURAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Guo, Xuan;Badroddin, Mostafa;Chen, ZhiQiang
  • 通讯作者:
    Chen, ZhiQiang
共 7 条
  • 1
  • 2
前往

其他文献

钢材的低周疲劳特性及双曲面本构模型的改进
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐站站;陈令坤;郭悬;诸葛翰卿
  • 通讯作者:
    诸葛翰卿
共 1 条
  • 1
前往

正在为您生成内容...