桥梁—船舶碰撞力计算方法研究

船桥碰撞问题是一个多学科交叉的复杂问题,文中综述了船舶-桥梁碰撞问题的常用5种船撞力实用计算方法,对不同的计算方法进行了比较;再结合案例,比较了各种计算方法的结果。     

基于AASHTO规范的城市内河航道船桥碰撞风险分析

针对城市内河船桥碰撞等问题,文章根据AIS系统数据及通航现状对未来桥区船舶流量进行预测;采用Ansys/LS-Dyna软件建立有限元模型,模拟船舶在不同水位及撞击角度下的碰撞情况,计算获得更为精确的船舶撞击力。综合上述结果,基于AASHTO规范中的研究方法,文章计算获得了桥梁年撞损概率,并提出合理的桥梁防撞措施。     

船舶结构碰撞试验及简化数值计算方法

[目的]采用流固耦合计算方法虽能较好地模拟船舶碰撞过程,但计算时间较长,为此,提出一种简化的数值计算方法。[方法]以某船的局部舱段为对象,开展多工况水上碰撞试验。采用力传感器和基于高速摄影技术非接触测量的方法获得到碰撞力及碰撞船的运动时程数据,通过对碰撞接触力和加速度响应等数据进行分析,并针对试验过程开展任意拉格朗日-欧拉（ALE）流固耦合数值计算分析,提出将碰撞过程中水域对撞击船的影响简化为等效质量,将对被撞船的影响简化为等效阻力,以面力的形式作用于被撞船非撞击侧用以阻碍被撞船运动的简化方法,然后基于此简化方法开展不涉及水域与结构耦合过程的数值计算。[结果]结果显示,采用简化计算方法得到的各工况的碰撞力峰值与试验值间的误差均在5%以内,且该方法所需要的计算时长远小于ALE流固耦合算法。[结论]所提简化数值计算方法可为实现船舶结构碰撞响应的高效计算提供一定的参考。     

基于AASHTO模型的锚泊船舶走锚撞桥概率模型

为预测河道中锚泊船舶因风、流等环境因素影响发生走锚后撞击上下游桥梁的风险,基于AASHTO船桥碰撞模型,提出一种锚泊船舶走锚撞桥概率计算模型.该模型相比AASHTO模型,添加走锚概率、停船概率的概念,重新定义几何概率.根据桥梁安全风险事件发生概率的等级判断标准,设计走锚船舶撞桥概率计算与风险等级判断方法,利用该模型对某...     

隔水套管保护架船撞强度校核

本文结合工程实例,阐述了某海洋工程项目隔水套管保护架的船撞强度校核过程,其船撞能量理论采用API规范,结构强度校核采用SACS软件的COLLAPSE非线性分析模块,碰撞位置分别取在平均高水位和平均低水位,并分别按考虑节点失效和不考虑节点失效考虑两种情况考虑。计算中对保护架碰撞杆件施加保证隔水套管安全的最大容许位移,计算出在此位移下结构产生的能量,如果大于船舶撞击能量,即认为隔水套管保护架结构满足船撞强度要求。     

船舶货舱区侧撞桥墩有限元仿真分析

当船舶横穿水道、失控漂移或者船舶规避正面碰撞等情况下,船舶将有可能与桥墩发生侧撞.由于侧撞时船体附连水质量较大,舷侧与桥墩接触面积也很大,故其对桥梁的撞击危害是不容忽视的.本文以某大型跨江桥梁工程为背景,应用非线性有限元软件MSC.Dytran,选取3000DWT油船在3.0 m/s的失控速度下,船舶货舱区侧撞桥梁墩身的有限元仿真试验,并且分析了不同偏心距条件下撞击力和能量的演变过程.仿真试验表明,在同等条件下船舶侧撞的危害不亚于船首正撞.同时,建议将初始侧撞击力控制在足够安全的范围内,而通过增设桥墩的防撞保护装置能实现这一目标.     

船桥碰撞下箱式防护装置的性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件,对一艘20 000t级油轮与某箱式吸能防护装置的正撞过程进行有限元数值模拟,演示并分析了防护装置的受撞过程,碰撞中力和能量的时间历程、结构的损伤情况和防撞装置的作用,并对防护装置的结构尺寸及结构形式进行了分析,最终对合理的防护装置结构提出了一些建议,旨在优化防撞装置.     

船舶碰撞损伤风险分析方法及应用

提出一套基于概率分析和损伤机理的船舶碰撞损伤风险分析方法,该方法采用船舶碰撞外部动力学三维解析方法、内部动力学简化解析方法以及Monte Carlo模拟。通过分析船舶发生碰撞的概率因素,分析某艘船舶发生碰撞并且产生结构损伤的概率;通过与规范衡准进行比较,判断船体结构设计的耐撞性能。以某型大型油轮为例,利用所提出的方法进行耐撞性计算,结果表明该方法可以为基于风险分析的船舶耐撞性设计方法提供技术支持。     

内河航道桥梁通航安全风险分析及隐患治理实施体系

为解决内河航道船撞桥事故高发的难题,对船、桥、环境等3类客观影响因素进行深入分析,确定桥梁通航安全主要影响因素。通过对航道、水域片区通航环境的综合分析,提出有针对性的整改措施,并建立风险分析及隐患治理实施体系。针对高风险桥梁,建议增设独立防撞桩或主动预警系统,可有效防止船舶碰撞桥梁;针对中风险桥梁,建议增设柔性复合材料防护设施,可在船舶碰撞桥梁时吸收能量,减轻碰撞造成的损失;针对低风险桥梁,建议完善标志标牌,通过设置清晰的标志标牌,提醒船舶驾驶员注意桥梁位置和通航限制,降低船舶碰撞桥梁的风险。该体系充分考虑航道、水域片区的实际情况,采取多种措施综合治理船撞桥隐患,可有效提高整治效果。通过实施这一风险分析及实施体系,可有效降低船撞桥事故的发生,提高航道安全水平。     

渔船与码头碰撞的仿真分析

利用Patran/Dytran有限元分析软件,建立了某渔船与码头碰撞的有限元模型,并模拟其碰撞全过程。通过对渔船与码头之间的碰撞力变化、能量转化、损伤变形以及等效应力等情况进行分析,得出了渔船与码头碰撞的一般规律和特点。针对碰撞中渔船船首构件的吸能损伤特性进行了研究,得出渔船船首构件的吸能与失效具有先后顺序,并且渔船船首外板是主要的吸能构件,从而为后期渔船船首结构的耐撞性设计与渔船的海损评估提供参考。     

桥梁上部结构防船撞研究

船舶撞击桥梁上部结构是船撞桥事故模式之一,其撞击特性与撞击桥墩特性相比有所不同。现着重研究了船舶撞击桥梁上部结构的风险分析、撞击力、防撞保护等技术问题,并提出设置警示设施、AIS系统建设、拦截、红外线监测、警戒等防护措施,供通航安全部门参考。     

基于整船整桥模型的船桥碰撞数值仿真

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。本文简述了该技术的基本原理，并基于整船整桥模型，对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景，讨论了船—桥碰撞的力学特征。本文演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供了更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。     

长江干线船撞桥事故分析

对发生在长江干线上的船撞桥事故进行了分析研究。通过调研掌握了一百余份有关资料 ,包括四十年来发生在十余座长江大桥的 172起船撞桥事故 ,在对事故进行统计分析与研究的基础上 ,得出了一些重要的结论。长江船撞桥事故在数量上略呈增长态势 ,船队撞桥事故远多于单船 ,约占 86 %。船撞桥的概率与桥梁跨距、洪水、能见度等因素有关 ,尤其是洪水对船撞桥概率影响较大 ,近似呈正态分布。发生船撞桥事故的第一位原因是人员失误 ,占 78%以上。     

船舶与桥墩碰撞的数值模拟

利用有限元软件,模拟4种不同载重吨位的船舶以不同的速度与某桥墩发生碰撞的过程,演示有限元法仿真计算船桥碰撞问题的一般过程,着重分析船舶和桥墩的损伤程度.在此基础上,归纳出撞深速度、撞击时间-速度和桥墩的应力分布.     

船-桥碰撞力学问题研究现状及非线性有限元仿真

归纳研究了船舶与桥梁碰撞力学的几种典型计算方法，并对各自的特点进行了分析。文中借助DYTRAN非线性有限元程序，以一艘4万吨级的油船与长江上某一斜拉索桥发生正向碰撞为例，演示了有限元法仿真计算船-桥碰撞问题的一般过程。反映了船-桥碰撞过程中船艏、桥梁承合、桥面和拉索的力与变形的时间历程，得到了具有指导意义的结论。     

AASHTO概率模型在船桥碰撞风险评估中的应用

近年来随着航道等级的提升,设计通航船舶尺度增大,要求的通航净空尺度增加,桥区通航水域条件发生显著变化。桥梁存在船撞风险,需对船撞桥梁风险实施评估、为实施防撞设施工程提供依据。国内外因船舶撞击而导致桥梁垮塌或严重破坏的事故逐渐增多,平均每年就有一座大型桥梁因为船舶撞击而遭受严重破坏甚至倒塌。北江航道乌石至三水河口航段经整治由Ⅳ级提升为Ⅲ级后,桥梁存在船撞风险。以船撞桥概率模型(AASHTO)为研究方法,分析了整治河段清远北江二桥参数对船撞桥概率的影响,计算了船舶撞击桥梁各涉水桥墩的年撞击概率,确定了存在较大船撞风险的桥梁与涉水桥墩,建立了船撞桥损伤概率模型,分析桥梁各部位抗撞能力、桥梁各部位船舶撞击力及各部位的年撞击频率,得出通航孔桥墩的年撞击倒塌频率。     

Fast evaluation of ship-bridge collision force based on nonlinear numerical simulation

The max collision force of ship-bridge collision is one of the most important references for bridge design. By means of nonlinear digital simulation method, the collision forces of the collisions between rigid bridge pier and ship bow were calculated out for four different ships, whose tonnages are 5 000, l0 000,50 000 and 60 000 DWT respectively. Curves of collision force-penetration and absorbed energy-penetration are obtained, and the data of the max loads are then summarized. On the basis of these curves and data, a set of curves describing the relationships between max collision forces and tonnages of the ships are successfully presented, by which the max collision forces of the ships-bridge with different tonnages and in different velocities can be estimated easily and reliably.     

基于风险可接受程度的桥梁通航净宽尺度设计

为改进现有的基于风险概率的桥梁通航净宽尺度设计方法,利用船桥碰撞风险测度计算模型,以船桥碰撞风险的可接受程度为基准,在定量分析不同概率分布条件下船桥碰撞风险测度的基础上,提出计算不同可接受风险程度下桥梁通航净宽尺度的计算方法,从概率和后果两方面考虑风险,有利于安全性与成本的最优化组合。     

船撞桥概率分析

统计了船舶撞击桥梁事故并分析其原因。以昆兹模型为基础,推导出能应用到船舶撞击桥墩实际情况中的碰撞概率公式,并把此公式应用到了船舶撞击桥墩、撞击桥梁横梁的情况中,同时推导了船撞桥不同撞击角度对应的撞击概率。     

Statistical Analysis of Ship Collisions with Bridges in China Waterway

Having carried out investigations on ship collision accidents with bridges in waterway in China, a database of ship collision with bridge (SCB) is developed in this paper. It includes detailed information about more than 200 accidents near ship' s waterways in the last four decades, in which ships collided with the bridges. Based on the information a statistical analysis is presented tentatively. The increase in frequency of ship collision with bridges appears, and the accident quantity of the barge system is more than that of single ship. The main reason of all the factors for ship collision with bridge is the human errors, which takes up 70%. The quantity of the accidents happened during flooding period shows over 3 - 6 times compared with the period from March to June in a year. The probability follows the normal distribution according to statistical analysis. Visibility, span between piers also have an effect on the frequency of the accidents.