内河航道桥梁船撞时船体最大变形量研究

目前在桥梁船撞防护的专项设计或船撞力专题研究中,对船舶撞击力的研究和桥梁在船舶撞击作用下的响应关注较多,而对船体最大变形量的研究较少。基于ANSYSLS-DYNA软件,对4种不同载质量的内河代表船舶在3种航速、2种碰撞角度下撞击4种墩型的船撞工况进行数值模拟,提取船体最大变形量,并分析船体最大变形量与船舶载质量、撞击速度、桥墩类型及撞击角度的关联性,同时与经验公式做对比。研究结果表明,撞击速度及撞击角度是船体最大变形量的主要控制因素,桥墩类型与之关系不明显。     

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。     

船桥碰撞中各因素对船撞力影响的研究

对国内外常用的桥梁船撞力简化计算公式进行了讨论和分析,剖析了国内现有的规范公式所存在的问题。通过大量的船舶撞击刚性墙的数值模拟,研究船舶速度、吨位、接触面积对船撞力大小的影响。     

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。     

苏北运河船闸靠船墩船撞力的计算研究

本文首先对现有船撞力的计算方法进行了综合对比和评述。然后结合苏北运河段靠船墩的实际情况,对通行船只进行了调查,分别应用规范方法和数值仿真分析手段对京杭运河苏北段靠船墩船撞力进行了分析研究。最后,根据分析结果提出了京杭运河苏北段靠船墩船撞力的取值建议。研究成果可供新建靠船墩的设计及原有靠船墩加固时采用。     

船撞桥墩现场试验的调研和设计

现在,解决工程力学问题的方法有三种:理论推演、数值计算和实验。由于实验的成本高,通常仅用于发展理论和验证数值计算的方法、程序时才使用。本文参照2003年作者提出的船撞桥墩模拟试验的4项目的,学习和总结自1959年以来,进行的16项(中、外各8项)船撞桥墩试验,(其中有平头的驳船,也有尖头的一般货船;有实船试验,还有原理性试验)。评述了这些试验的背景对象、试验项目和试验结果。通过这些研究,可以设计出我们这项筹备经年、耗资百万的试验预期可以达到4项目的:宏观地显示撞后船头被拨开;船的速度(向量)改变;在防撞装置前后力的降低,以及撞击过程的能量转换。本试验将有助于验证各类理论、公式和程序方法,有助于发展既保护桥又保护船和环境的防撞装置。     

基于非线性有限元与经验公式的船舶撞击力计算对比分析

船舶撞击桥梁的船撞力计算是目前大桥设计中的重难点,本文根据武汉二桥所处航道、通航船舶特点、桥区水文条件、桥梁几何参数,结合大桥桥墩(塔)实际设计船撞力,采用经验公式和非线性有限元两种方法计算船撞力并进行对比分析,从而比较两种方法的计算结果差异。在算例中,通过对计算结果进行分析对比,证明两种方法都能较好的计算船舶撞击力,从而为设计提供依据。     

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。     

甬舟铁路桥梁防船撞设施设计及应用

为防止发生船舶与铁路桥梁碰撞事故,提升铁路桥梁的安全性,以甬舟铁路桥梁为例,开展防船撞设施设计。阐述铁路桥梁防船撞理论、相关设施的发展现状和甬舟铁路桥梁的概况,通过数值模拟方法分析不同类型船舶与桥梁碰撞的撞击力,在此基础上开展主动和被动防撞设施设计,得到甬舟铁路桥梁防船撞设施设计方案。实践结果表明,该防船撞设施设计方案能提升桥梁的整体安全性,降低船舶撞击对桥梁造成的损伤。该研究可供同类型桥梁的防护设施设计参考。     

桥梁防撞研究技术与方法

针对桥梁防撞研究这一工程界的热点问题，概述了桥梁防撞研究的一般方法和思路，简述了船一桥碰撞力学的计算方法和船撞桥的风险概率分析方法，同时结合上海长江大桥工程，对主通航孔桥墩进行了防撞力标准和防撞方案研究。利用非线性有限元分析技术，对桥墩设计的防撞方案进行了性能分析，验证了防撞设施的有效性。     

桥梁墩身避碰承台轮廓设计研究

墩身抗撞能力远不及承台，没有必要使墩身像承台一样抗撞，只要结构尺寸合理就能达到墩身避碰目的。本文根据船首形状，吃水，碰撞变形，桥墩形状和水文条件等，建立墩身避碰数学模型，以例验证。     

三种规范对桥梁墩柱撞击力的比较

针对目前桥墩被船撞事故的频发,研究了某大桥水中桥墩在船撞作用下的响应,分别按照公路桥涵04规范、铁路规范、欧洲规范的要求采用不同的船舶撞击力,对各撞击力作用下桥梁墩柱结构进行计算、分析、比较。在3种规范对船舶撞击力的规定中,公路规范取值最小,铁路规范次之,欧洲规范最大,由此在桥墩防撞设计时应引起设计人员足够的重视。     

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.     

Nonlinear numerical analysis and progressive damage assessment of a cable-stayed bridge pier subjected to ship collision

Despite many studies on barge collisions with girder bridges in the literature, this paper investigates the progressive damage behaviors and nonlinear failure modes of a cable-stayed bridge pier subjected to ship collisions using finite element (FE) simulations in LS-DYNA. The damages in the pier initiate with appearing of local shear failures in the slender columns during the ship collision stage and reach the severe cross-sectional fractures associated with the formation of plastic hinges which causes the combined shear-flexural failures during the free vibration phase of the pier response. In addition, an analytical simplified model with two-degree-of-freedom (2-DOF) is proposed to formulate the strain rate effects of the concrete materials as the dynamic increase factors in the global responses of the impacted pier. It is found that the analytical model is able to efficiently estimate the impact responses of the structure compared to those from the FE high-resolution simulations. Moreover, three different damage indices are proposed based on the pier deflection, the internal energy absorbed by the pier, and the axial load capacity of the pier columns to classify the damage levels of the pier. Finally, an efficient damage index method is determinant by comparing the calculated results with the damage behaviors of the pier observed from the FE simulations.     

桥墩碰撞力的计算

将船舶碰撞机理推广应用到船舶对桥墩碰撞力的计算，并与有关技术规范计算结果进行比较。     

冲击荷载下的桥梁损伤有限元仿真

应用非线性有限元分析软件MSC/Dytran对某质量为5 000 t,航速为5m/s的刚性撞头正撞某桥承台的碰撞过程进行了仿真计算。计算结果显示了碰撞过程中船撞力的变化情况,桥梁结构损伤情况以及桥墩、桩基础内部应力分布与变化情况。并在对碰撞过程分析的基础上提出桥梁设置防护装置的必要性。     

船舶撞击力在高桩码头排架中的分配研究

研究船舶撞击力在码头排架中的分配情况,确定叉桩破损原因,对结构检测评估和维修设计十分重要。影响高桩码头排架间水平力分配的因素比较复杂,文章采用物理模型和基于ANSYS有限元软件建立的数学模型对码头排架中水平力的分配进行了仿真模拟,结果表明物理模型和ANSYS有限元模型试验结果吻合较好。文章采用该有限元模型研究了原体码头的受力情况。     

上海内河跨航道桥梁防撞设施分析

针对上海内河跨航道桥梁水上防撞设施,对桥梁防撞体系、船撞力计算方法进行论述,结合内河跨航道桥梁自身特点和最新防撞理念,对适合内河跨航道桥梁的防撞方案和设施进行分析。结果表明:适合上海内河跨航道桥梁水上防撞的防撞设施主要有固定或浮式防撞装置和桩基防撞墩两种类型,若这两种类型防撞设施不具有施工条件,一般采用小规格缓冲材料对桥墩进行防护;对于与黄浦江直接连通的支流桥梁,除小规格缓冲材料,一般采用防护桩。