朱亭湘江大桥桥墩防撞方案研究

朱亭湘江大桥桥位所在河段航道等级提升,通航船舶吨位增大。为此本文首先研究提出湘江航道2 000 t级船舶对桥墩的撞击力,然后验算该桥的抗撞能力;最后针对该桥桥墩抗撞能力较差的特点,创新性的提出了"四柱墩+钢复合材料浮式圆形防撞系统"。该系统安全可靠,经济适用,有效地解决了该桥的防撞问题。     

主桥下部结构设计

主桥下部结构设计包括主墩人工岛结构、各墩承台及桩基、1号及5号墩身等内容。主墩及2号墩身为上部结构设计范围。下部结构设计中的一个主要问题是船舶的撞击,主墩由于受力要求必须采用双柱式柔性墩,防撞能力很弱,而航运部门又要求通过5000吨并兼顾7000吨海轮,船舶的撞击力较大,如何有效而又是经济的来防止船舶的撞击就成为在通航河流上大跨径连续刚构桥的一个主要课题。     

钢-复合材料组合防撞装置在不同船舶撞击下的性能分析

为了解船-桥碰撞过程中组合防撞装置的防护能力,以东洲湘江大桥为背景,设计一种新型钢-复合材料组合防撞装置(由钢-复合材料迎撞面、复合材料分隔板、内部耗能填充材料和复合材料背撞面组成),采用LS_DYNA软件建立船-防撞装置-桥梁三者有限元模型,分析带球艏船舶、驳船不同水位撞击下有无防撞装置的桥墩结构响应。结果表明:未设防撞装置时,2类船舶撞击下结构响应均较大,相较于带球艏船舶,驳船撞击力峰值较大(10号墩撞击力峰值为17.53 MN);与低水位、平均水位相比,高水位撞击下结构响应较大。设置防撞装置后,带球艏船舶撞击力峰值平均减小30%,驳船撞击力峰值降幅可达54.2%,其他结构响应也明显降低。该防撞装置降低了桥墩结构响应和船舶损伤,具有较好的防撞能力。     

通航桥梁既有防船撞墩加固改建方案研究

以瓯江上某桥梁为例,对通航桥梁的既有防船撞墩加固或改建的方案进行研究,借助MIDAS和XTRACT两款软件,对桥梁的防船撞性能进行有限元分析,通过对主桥裸桥墩,主桥桥墩加装柔性防撞装置、原设计防船撞墩、六桩防船撞墩、四桩加柔性防撞装置五个方案进行受力和抗力的计算,在安全性和经济性上优选防船撞墩的方案,提出既有防船撞墩加固或改建的方案优选模式,供类似工程参考。     

基于失效概率的桥梁防船撞装置安全性评估

采用非线性有限元法模拟了船舶撞击桥梁防撞装置的动态过程,计算了防撞装置对桥墩的撞击力并分析其吸能效果。根据桥位、水文资料、通航船舶类型及数量等条件,分析了1 000t级通航船舶撞击桥梁的概率,对桥梁船撞倒塌概率公式进行了修改,计算了桥墩安装防撞装置后的倒塌概率;对目前国内外桥梁船舶撞击风险接受准则进行对比研究,选择了适合某跨江大桥的船撞风险值;采用安装防撞系统后桥梁的失效概率来评价防船撞钢套箱设计的合理性,为桥梁直接构造防船撞装置的设计提供安全评估参考。     

广东几座特大公路桥主墩防撞设计介绍

我国修建的一些特大桥中，由于桥下通行大吨位船舶和海轮的需要，要求桥墩能承受很大的船舶撞击力。目前一些桥梁的一个主墩基础造价就已达几千万元，因此在航道上建桥不仅通航净空而且桥墩的防撞都对桥的主墩位置和结构、桥跨大小、桥型方案甚至桥位的选择有着十分重要的影响。本文总结介绍了广东几座公路特大桥的主墩防撞设计，作为抛砖引玉，以期推动我国这一领域的研究。     

桥墩采用新型复合材料防撞设施技术研究

该文围绕广深沿江高速深圳段大桥三围涌、虾山涌2 000t级通航孔桥墩,通过设置新型自浮式复合材料防撞系统保护桥墩结构安全,主要论述其结构设计、安装工艺与防撞效果数值模拟;三围涌通航孔防撞设施为直径2m的D200型圆形截面复合材料防撞系统,虾山涌通航孔防撞设施为2个直径1m的圆形截面防撞圈通过夹板固定形成2 D100型复合材料防撞系统。该复合材料防撞设施具有耐海水腐蚀、免维护、缓冲吸能、能同时保护船与桥的优点。     

桥梁复合材料防撞方案研究

在介绍船舶撞击桥梁成因的基础上,分析桥梁防撞设施应达到的具体要求,并详细比较了现有的间接式、直接式防撞设施的特点与适用情况。基于现有桥梁基础防撞方案的局限性,经理论分析与试验研究,提出了自浮式复合材料防撞方案。该方案采用自浮式复合材料防撞箱系统,其外壳为耐腐蚀性能强、弹性性能好的纤维复合材料,内部填充强度与刚度较大的纤维复合材料空心缠绕管,紧挨船舶撞击部位为纤维复合材料耗能缠绕管。该防撞设施可使船舶撞击力保持在可控范围内,确保大桥结构安全,同时还可有效减轻船舶受损程度,具有造价低、耐腐蚀、绿色环保等优点。     

株洲湘江一桥桥墩抗船撞能力评估及防撞方案研究

船桥碰撞事故常有发生,为评估已建桥梁桥墩的抗船撞性能、指导防撞方案设计,以株洲湘江一桥通航孔8~10号桥墩为对象,建立有限元模型计算了桥墩在受到单位水平撞击力时最危险截面处产生的内力,进而根据相关规范,计算桥墩截面实际能够承受的水平撞击力;建模分析2 000吨级船舶在各工况下撞击桥墩时实际产生的最大船撞力;根据两者计算结果差值评估桥墩的抗船撞能力,提出设置复合材料防撞系统方案并进行比较研究。结果表明:该桥桥墩的横桥向抗撞能力由9号墩强度控制,为11.03 MN;船舶最不利工况撞击桥墩时产生的撞击力为13.55MN,超出桥墩极限抗撞能力;设置复合材料防撞系统后桥墩受到的水平撞击力可明显小于桥墩的水平抗力,从而保证桥墩结构的安全。     

武汉鹦鹉洲长江大桥中塔墩防船撞装置研究

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为(200+2×850+200)m三塔四跨钢-混结合梁悬索桥,中塔墩提出采用自浮式筒形复合材料防撞装置,以减小桥墩的船撞风险。为研究该防撞装置的破坏模式及防撞效果,制作了4个缩尺比为1∶8的防撞装置试件进行准静态侧压试验,并采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对船桥的碰撞过程进行数值模拟。结果表明:在准静态侧压下,防撞装置的内面层层间剥离、外面层与泡沫剥离,内、外面层纤维均断裂;纵向格构层间剥离并屈曲破坏,降低格构间距可提高结构的弹性极限承载力和初始刚度;防撞装置可以降低船舶撞击力,延长撞击时间;船艏结构撞击后变形明显减少,应力降低。该防撞装置具有良好的防撞保护效果,能有效地降低船桥碰撞过程中桥梁和船舶的损伤。     

某内河航道桥抗船撞安全性能评估分析

鉴于船撞桥事故频发，特别对于桥龄超过20年的内河航道桥，桥梁抗撞能力在设计阶段鲜有考虑，需要进行抗撞安全性能评估。通过Midas Civil、Xtract有限元软件建立分析模型，根据《桥梁抗撞设计规范》(JTGT 3360-02-2020)要求，结合实际通航船舶的情况，对某内河航道大桥通航孔桥墩进行抗撞性能分析。结果表明：桩柱式桥墩在300 t船舶撞击力偶然组合下强度及变形均不满足要求，在100 t船舶撞击力偶然组合下变形不满足要求。建议采取航道控制措施，降低通航船舶吨位、限止船舶通航速度，并设置防撞措施保障桥梁结构安全。基于分析过程，总结了桥梁抗撞安全性能评估的一般流程。     

安海湾特大桥船撞力评估及防撞方案研究

船撞桥事故常有发生,准确预测船舶撞击下桥墩受力对评估桥梁结构船撞性能及进行合理的防撞结构设计具有重要意义。基于非线性有限元方法,分析了安海湾特大桥主桥墩柱在500～6 000 t位范围内6个吨位等级船舶5个撞击速度的接触界面力时程特征,对比论证了现有规范船舶撞击力简化公式的有效性;对安装浮动式柔性防撞装置的大桥主墩开展3 000 t级船舶正撞和侧撞两个场景瞬态动力仿真分析,从接触界面力峰值和冲击持时评价防护装置有效性。研究结果表明,各国船撞力经验公式计算结果相差较大;船舶撞击接触界面力峰值随船舶吨位和撞击速度增大而非线性增加;浮动式柔性防撞装置能够有效地降低船舶撞击力峰值。     

粉房湾长江大桥防船撞设计

粉房湾长江大桥主桥为双塔双索面连续钢桁梁斜拉桥.结合该桥防撞特点,经分析,该桥采用将P3、P4主墩(桥塔下塔柱底部)高程195.347 m以下部分设置为实心截面的防船撞方案.为检验大桥防船撞设计是否满足规范要求,采用LS-DYNA非线性有限元分析程序和MIDASCivil程序分别对P3、P4主墩总体抗船撞能力和船舶局部撞击力作用下被撞位置的局部强度进行分析.分析结果表明:P3、P4主墩总体承载能力满足规范和船撞抗力要求;下塔柱被船舶撞击位置局部角点出现拉应力超过C50混凝土自身抗拉强度的问题,通过增设构造钢筋解决该问题,最终使下塔柱被撞击部位局部强度满足规范和船撞抗力要求.     

明珠湾大桥上部结构设防标准及防撞方案研究

针对明珠湾大桥拱脚部位存在被船舶甲板室撞击的风险，分别采用规范方法和数值仿真方法进行了结构抗撞能力验算，并进一步对桥梁拱脚部位进行了防撞方案设计和比选。研究结果表明，明珠湾大桥主桥拱脚部位能够满足设防船舶的甲板室抗撞性能；拱脚采用转筒式防撞设施在防撞效果和经济上具有优势，推荐该方案。     

东江特大桥桥墩抗撞计算分析及防撞措施

东江特大桥主桥为(95+170+95)m的连续刚构桥,为判断该桥下部构造是否满足规范抗撞要求,对桥墩进行抗撞分析。采用有限元程序MIDAS建立全桥及桥墩模型,通过反复试算,得出主墩、交界墩和引桥桥墩能够承受的最大船撞力横桥向分别为14 MN、5 MN、3 MN,顺桥向分别为10 MN、4 MN3、.5 MN,与国内《公桥规》、《铁桥规》及美国AASHTO 3种规范计算出的设计船撞力进行比较,结果表明各桥墩均能满足国内两规范对桥梁的抗撞要求。为防止船舶直接撞到桥墩,采取设置橡胶块、防撞岛、防撞墙及将交界墩的左、右幅承台连为整体的防撞措施。     

长沙暮坪湘江特大桥主桥抗撞性能研究与防撞设计

为保证长沙暮坪湘江特大桥主桥船-桥碰撞安全性,对该桥进行了抗撞性能研究与防撞设计。采用LS-DYNA软件开展船-桥碰撞分析,确定设防船撞力;结合冲击谱近似方法确定设防船撞动力作用,计算桥墩动力需求与抗撞能力,评估结构安全性;针对主墩拱脚防护及过渡墩抗弯能力不足等问题,提出由UHPC面板、内置X型耗能钢板、EPS泡沫及D型防撞护舷等构成的钢-UHPC组合防撞设计方案,并开展防撞效果有限元分析。结果表明：除撞击力峰值外,最高水位工况下结构响应均大于最低水位工况;未设置防撞装置时主墩具有较好的抗撞能力,且有一定的安全富余,而过渡墩无法满足抗弯需求;主墩设置防撞装置能在1.5 s内将船舶侧撞速度降为0,有效地阻止了船舶侧向侵入,过渡墩防撞装置钢板厚10 mm时,撞击力峰值降低了35%,主要响应峰值降幅达40%～50%。     

大直径Y型防撞岛的设计与施工

番禺洛溪大桥是广州市南出口公路,同时也是105国道上跨越珠江主航道的第一座特大桥梁。桥梁全长1916.04米,其中跨越珠江的主桥长480米。珠江的通航要求为净宽120米,净空高(通航水位以上)34米。通航的船舶吨位要求确保5000吨海轮的自由进出,照顾7000吨海轮的通过。为此我们对实际过往船舶作了重点调查(4000t以上80艘)调查结果说明本航道上的船舶吨位大,船型多,且来往频繁,确实需要有这样的通航标准。根据航道位置及航向,确定主桥的跨径组合为65+125+180+110米,其中125米跨是为了方便附近修船厂船舶调头的需要。主桥的结     

基于修正半正弦波荷载模型的防撞拦截系统动力分析

某码头引桥防撞拦截系统(由防撞墩、拦截钢管排架和锚链组成)按旧规范驳船等效静力250kN设计。为了解该系统在新规范下的防撞能力,采用MIDAS软件建立模型,船舶撞击力按修正半正弦波荷载模型取值,计算撞击力分别作用于防撞墩和钢管排架时结构的位移和应力,并与新规范等效静力(1 000kN)结果进行对比。结果表明:撞击力作用在防撞墩时,防撞墩最大位移达0.36m并逐渐衰减,几乎无残余变形,钢管桩应力较大、已屈服但可正常工作;撞击力作用在钢管排架时,排架最大位移达3.74m并逐渐衰减,10s后残余变形稳定在2.27m,钢管桩应力接近极限强度但未倒塌,需维修加固方可工作,防撞拦截系统满足原防撞目标要求;当施加等效静力预判结构进入屈服时,应考虑进行动力分析。     

一种自浮式防撞装置的防船撞性能分析

通过数值模拟研究了松浦大桥上采用的自浮式防撞装置的防船撞性能,建立了1 000t轮船及自浮式防撞装置的精细化有限元模型,研究了自浮式防撞装置材料强度、滚滑组件个数、耗能钢筒屈服强度对自浮式防撞装置防船撞性能的影响。结果表明,自浮式防撞装置能延长撞击时间,显著削减撞击力峰值,同时,采用强度相对较低的材料、增加滚滑组件个数有利于进一步降低撞击力峰值,对于耗能筒屈服强度,存在一个最优值使得撞击力峰值最低。     

港珠澳大桥承台墩身工厂化预制施工技术

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用浅埋式预制墩台结构,墩高19.143~42.974m,承台尺寸为15.6m×11.4m×4.5m;预制承台及其底节墩身最高18.5m,最重2 370t;墩身采用矩形空心墩结构;承台及墩身分别采用C45、C50混凝土。该桥承台、墩身采用整体预制施工,在自动化钢筋加工车间利用数控钢筋弯曲机加工钢筋,经验收合格后运输至场内指定位置进行钢筋绑扎、安装,承台钢筋绑扎后整体横移至预制台座上,墩身钢筋通过龙门吊机整体吊装插入承台钢筋,安装模板,进行承台、墩身的一次性整体浇筑,待混凝土达到设计强度后拆除模板,将承台、墩身横移至存放台座完成预制。目前,已完成32个桥墩的承台、墩身的工厂化预制施工,施工质量良好。