基于循环波浪荷载下的码头结构损伤过程*

深水码头多处在自然条件复杂的外海,在海洋波浪循环荷载作用下,许多码头在未达到设计使用年限时便已产生严重损伤而无法使用。针对海洋波浪循环荷载作用下码头整体结构的特殊损伤情况,根据工程实际,采用ANSYS软件建立了高桩码头的地基-桩-上部结构整体有限元模型。采用损伤本构关系,建立海洋土软化系数经验公式,模拟分析了不同运行年限后码头损伤破坏规律。研究结果显示:裂纹最早从面板开始,并且裂纹逐渐向横梁底部发展;但由于地基土的软化与混凝土的软化不同步,10 a后增加的裂纹先从横梁的底部开始。因此设计时应考虑循环波浪荷载对码头桩基-上部结构的整体影响,根据实际桩基与上部结构的协同作用机理采用相应的措施,使设计更加科学可靠。     

焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展影响:综述

船舶结构的疲劳失效多在焊接接头处产生。疲劳裂纹扩展而导致的疲劳断裂是焊接接头疲劳失效的主要形式。焊接残余应力会对船舶焊接接头的疲劳裂纹扩展产生影响,而且在疲劳裂纹扩展的过程中残余应力会发生重分布现象,对裂纹扩展的影响更加复杂。文中对近年来国内外焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展的影响进行归纳总结,将研究此问题的主要方法和研究成果进行分类,并指出了研究的不足之处以及发展趋势。     

复杂应力场中裂纹疲劳扩展寿命预报

船舶作为一种大型焊接结构,其疲劳热点部位的应力应变场分布很复杂,要预报这些部位的裂纹疲劳扩展寿命,必须解决复杂场中裂纹的应力强度因子计算及其裂纹扩展方向问题.该文对船舶肘板处两种不同原因产生的裂纹的扩展路径、扩展速率进行了研究.裂纹扩展方向用第一主应力准则确定,在裂纹扩展方向上给定不同的裂纹增量,得到不同长度裂纹的复合裂纹等效应力强度因子,并拟合这些计算结果得出船舶肘板的应力强度因子计算式.结合裂纹扩展率单一曲线模型对肘板裂纹扩展寿命进行了预报,预报结果与实验结果符合得较好,说明所采用的方法可行.对建立船舶典型节点的裂纹扩展寿命预报方法有参考价值.     

船舶与钢板桩码头碰撞过程数值仿真

为了研究船舶与钢板桩码头碰撞过程中码头结构的动力响应,文中采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,模拟50 000 t级船舶与某钢板桩码头的碰撞过程,得到在不同碰撞速度下船舶与钢板桩码头碰撞过程中的撞击力时程曲线、钢板桩等效应力时程曲线和胸墙压力时程曲线,并将数值模拟计算的撞击力与各类船桥碰撞规范进行比较分析,得出了一般规律和特点.同时,提出了防止码头结构由于船舶撞击速度太大而被破坏的措施,为同类码头的设计和维修改造以及撞击力的研究提供理论参考依据.     

船撞全直桩码头的损伤分析

采用集中参数模型和附加质量法分别考虑桩-土相互作用和动水压力作用,应用碰撞接触算法模拟船舶与码头碰撞效应,对全直桩码头进行了船舶撞击作用下的动力损伤分析。结果表明,考虑动水压力作用对船撞码头的碰撞力、码头位移和基桩损伤影响较小,基本可以忽略;考虑桩-土相互作用对船撞码头的位移和基桩损伤影响较大,不可忽略。同时分析了撞击位置、撞击角度和撞击速度对船撞码头结构损伤的影响。结果表明,撞击位置在码头边缘、撞击角度为90°(垂直于码头前沿)时对码头不利;撞击速度越大,码头破坏越严重。     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

基于Ls-dyna的船舶与码头碰撞动力特性仿真分析

运用非线性显式有限元的方法,分析船-码头碰撞的全过程,探讨碰撞部位对船舶动力特性的影响规律,揭示船-码头碰撞过程中船体构件的受损情况,预报碰撞力及变性能的时程变化规律。研究表明:船舶与码头发生首碰、尾碰时,船舶主要受力构件、受力特点明显不同,主要受力构件的应力分布特点是分布面积小,维持时间长,应力数值大;次要受力构件的应力分布特点是分布面积大,维持时间较短,应力数值小性。船舶与码头碰撞过程中伴有船舶的凹陷及船体外板的运动,在实际工程中应当给予足够的重视。     

基于Ls-dyna的船舶与码头碰撞动力特性仿真分析

运用非线性显式有限元的方法,分析船-码头碰撞的全过程,探讨碰撞部位对船舶动力特性的影响规律,揭示船-码头碰撞过程中船体构件的受损情况,预报碰撞力及变性能的时程变化规律。研究表明:船舶与码头发生首碰、尾碰时,船舶主要受力构件、受力特点明显不同,主要受力构件的应力分布特点是分布面积小,维持时间长,应力数值大;次要受力构件的应力分布特点是分布面积大,维持时间较短,应力数值小性。船舶与码头碰撞过程中伴有船舶的凹陷及船体外板的运动,在实际工程中应当给予足够的重视。     

船舶撞击力作用下的墩式码头水工建筑物安全评估

针对遭受船舶撞击的码头水工建筑物安全评估问题，结合船舶与码头发生碰撞的实例，以码头结构现场检测结果为基础，采用水运、公路、铁路行业规范公式推算失控船舶的撞击力，计算船舶撞击后的码头水工建筑物稳定性，综合评估遭受船舶撞击的码头水工建筑物的安全性和适用性，并给出受损部位修复处理及后续运营期监测措施。结果表明，被碰撞的码头靠船墩结构安全性评估等级为A级，结构适用性评估等级为B级。该安全评估方法可为事故鉴定、受损结构修复和码头后期运营提供科学依据和技术支撑。     

基于内聚力模型的船舶焊接接头裂纹萌生及扩展分析方法

船舶一般为大型焊接结构,焊接接头处较易产生裂纹等缺陷,因此需开展焊接接头裂纹萌生及扩展研究。首先,基于双线性内聚力模型对不锈钢钎焊接头模型进行裂纹萌生及扩展的数值模拟计算,获得载荷与裂纹扩展长度的关系,并与文献试验结果进行对比分析。在两者结果较为一致的基础上,采用相同方法对船舶典型焊接接头的裂纹萌生及扩展进行数值模拟计算和分析。结果表明,基于双线性内聚力模型的裂纹萌生及扩展分析方法能够较好地模拟船舶焊接接头裂纹扩展过程中的开裂、损伤积累及损伤未积累阶段。焊接接头裂纹萌生及扩展研究可为后续进行相关船舶结构安全评定奠定理论研究基础。     

某拖轮码头高桩结构的设计优化

某拖轮码头为高桩梁板式结构,上部结构由预制桩帽、预制横梁、预制面板、预制靠船面板及现浇面板组成,结构复杂,施工困难,浇注质量难以保证,码头结构存在优化的可能性和必要性。通过对设计荷载、桩基结构进行优化,在维持原码头功能要求的前提下,降低桩基内力,重新设计钢管桩壁厚,节省钢管桩钢材用量;将上部结构更改为现浇结构,提高了施工效率和混凝土浇筑质量,节省钢筋用量。该设计优化可供类似项目借鉴。     

基于内聚力接触法的船舷侧-平整冰相互作用数值模拟

针对极地航行船舶与平整冰碰撞挤压的典型场景，采用内聚力接触法模拟平整冰与舷侧碰撞发生挤压破坏的过程，构造粗糙化单元表面模拟冰与结构物表面的非同时接触，选取均匀化冰体单元描述冰的微裂纹扩展和挤碎的过程。在此基础上，分析不同碰撞场景下舷侧局部载荷的分布规律，并对舷侧结构变形和吸能结果进行分析。仿真结果表明：局部载荷的大小与碰撞速度的关联性不强；在平整冰与舷侧碰撞过程中，纵骨对结构抵抗外载荷并保持稳定的贡献较大。     

随机载荷作用下的疲劳裂纹扩展

船舶等许多工程结构在服役过程中的受载荷历程是一个随机过程.而变幅载荷下的载荷相互作用对疲劳裂纹扩展寿命将产生显著的影响.因此研究随机载荷作用下的裂纹扩展及定量计算对船舶结构的疲劳寿命预测的可靠性是十分重要的.该文提出了一个基于有效应力强度因子,以应力比和裂纹尖端塑性区尺寸为主要参数的随机载荷作用下疲劳寿命预测模型.该模型用于预测几种载荷谱作用下的裂纹扩展试验,结果表明预测结构和实验结果符合得很好.     

已建码头面板现浇层裂缝问题工程对策研究

码头面板现浇层的裂缝并非浅表裂缝,大多穿透了现浇层,并沿预制面板与现浇板缝的界面向下延伸。该裂缝影响码头结构构件的耐久性,对码头上部结构的刚度有一定削弱。提出用超细水泥灌浆修补面板现浇层裂缝的工程对策。     

VSP与CT技术对在役高桩码头结构损伤的检测与应用

在役高桩码头结构检测时由于结构形式复杂、需水上作业等因素,采用传统方法难以对其进行全面损伤检测。本研究在自主研发相关仪器设备的基础上,综合采用VSP基桩测试设备与混凝土结构内部损伤CT扫描设备,对船舶撞击后的某油田钻井平台码头进行检测与评判。检测结果发现,采用VSP与CT联合检测技术,能对在役高桩码头上部结构及基桩的损伤进行准确检测,并可根据检测结果对码头上部结构与基桩的损伤程度做出科学的评价,较好地解决了在役高桩码头结构损伤全面检测的技术难题,可作为一种新型的在役码头检测手段进行应用推广。     

船舶失控撞击高桩码头结构的数值仿真分析

以5万吨级散货船在失控状态下以1 ms的速度垂直撞击某高桩码头为例,运用有限元软件模拟该撞击的过程,得到对应撞击的能量转化情况以及船舶撞击作用力的时程曲线,并将撞击力仿真计算结果与各类船桥碰撞规范撞击力计算结果进行比较。同时,通过对撞击后码头结构破坏情况进行分析,提出防止码头结构由于船舶失控撞击而破坏的措施,为同类码头的设计、维护及改造提供理论依据。     

基于断裂力学的破冰船结构疲劳损伤评估方法

在极地恶劣的低温环境及冰载荷冲击下，破冰船结构的表面裂纹呈现出不同于常规水面船舶的疲劳裂纹扩展特性。以“雪龙2”号破冰船首部结构为例，基于断裂力学方法开展破冰船结构节点处的疲劳裂纹扩展研究。首先基于焊接节点处应力强度因子的理论解，对表面裂纹扩展方法进行验证；然后通过整体-局部耦合分析方法提取典型疲劳节点处的结构子模型。基于低温下材料的Paris参数和结构裂纹扩展模拟方法进行裂纹扩展分析。还讨论了初始裂纹尺寸和低温下材料的Paris参数对结构裂纹扩展的影响。结果表明，破冰船典型结构节点处的裂纹扩展对初始裂纹尺寸和温度较为敏感。     

高桩梁板码头面板结构形式的研究

介绍现行高桩梁板码头各种面板结构型式的特点，并提出了采用Ｔ型梁替代面板结构的新型上部结构。     

一种螺纹式码头护舷概念设计及碰撞响应分析

码头护舷用以缓冲船舶靠岸时的冲击载荷,因此需要较强的抗冲击性。本文提出一种螺纹式码头护舷,并从应力分布、吸能比等方面对其进行碰撞响应分析,结果充分体现螺纹式橡胶护舷的合理性和优越性。     

高桩码头小范围结构撞损检测与评估

某沿海在建高桩梁板码头,在施工过程中受到超等级船舶碰撞,导致局部结构损害,损害发生后需采用科学手段对损害程度进行评估,由于碰撞发生时该码头结构已处于半完工状态,特别是桩基结构已处于工作状态,因而采用桩侧切割锲形槽这一特殊测试方案,完成桩基检测,并利用超声波透视法完成梁系检测,从而为后续结构修复提供了科学依据。