基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

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。     

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。     

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。     

某航道桥下部结构受船舶撞击后安全性能评估及修复

为评估航道桥下部结构的船撞安全性,以遭受船撞的某内河航道桥为研究对象,采用有限元方法和相关规范计算受撞击的5号桥墩自身水平抗力、船撞力、墩顶位移,并从墩顶位移和桥墩抗力两方面对受撞桥墩的安全性进行评估。结果表明:5号桥墩的横桥向和顺桥向抗力均由桩基强度控制,分别为2528 kN和1142 kN;事故船撞击工况下,墩顶最大横桥向和顺桥向位移分别为7.6 mm、13.4 mm,满足位移限值要求;沿横桥向和顺桥向的船撞安全系数分别为1.67和0.94,顺桥向的自身抗力不足以抵抗瞬时船撞力,导致桥墩桩基础受损,建议采用增大截面法对受损桩基础进行加固补强,并设置独立防撞墩以保障桥梁结构安全。基于分析过程,总结了桥梁下部结构船撞安全评估的一般流程。     

乐城大桥船撞设防标准与防护方案研究

为确定博鳌乐城先行区乐城大桥桥梁的船撞设防标准以及解决桥梁的船撞安全隐患，采用有限元软件建模计算了桥墩自身抗撞能力，通过概率风险法分析得到了桥梁的船撞设防代表船型和设防船撞力。基于自身抗力和设防船撞力对比结果，提出了柔性防撞护板的桥墩防护方案，并采用Ls-Dyna动力仿真软件对其防护效果进行了验证。结果表明：乐城大桥主墩的设防代表船型为150座客船，桥墩抗撞性能均满足要求；提出的柔性防撞护板方案能够避免船舶局部剐蹭桥墩，有效保护船舶乘客的生命安全。     

红海大桥船舶撞击力选用

采用目前应用比较广泛的几种船舶撞击力计算方法对红海大桥桥墩船舶撞击力进行计算,并与现行公路规范规定的内河船舶撞击力进行比较,提出现行公路规范规定的内河船舶撞击力偏小,安全度低,考虑到近年来部分撞桥事故计算分析情况,为保障桥梁的安全运行,建议采用修正的沃辛公式所计算的驳船撞击力作为船舶撞击力的设计值较为合适。     

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%。     

某连续刚构桥防船撞设计方案研究

随着船舶的大型化和航道的扩能升级,部分早期建设的桥梁因通航净空较小、防撞标准较低存在一定船舶碰撞桥梁安全隐患。文中以某大跨径连续刚构桥为研究对象,验算主桥在原设计1 000 t级、现状2 000 t级代表船型撞击力作用下的抗撞性能标准,确定主桥承台增设固定式复合材料防撞块、墩身采用自浮式复合材料柔性防撞套箱,过渡墩承台采用型钢或钢管连接及承台、墩身横桥向正面、临近通航孔侧一面增设橡胶护舷的加固设计方案,验算结果表明按上述方案加固后可满足主墩2 000 t级内河轮船撞击力要求。     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。     

考虑桩土作用的船桥碰撞动力性能及影响因素分析

为了解桩土作用下船桥碰撞时桥墩的受力特性及影响因素,以南京长江三桥北主墩为背景,选取3类共5种桩土模型,采用ANSYS软件建立船桥有限元模型进行碰撞分析。研究不同桩土模型下的船桥碰撞动力性能差异、船舶航速和质量对桥墩船撞动力性能的影响,并比较采用相关经验公式和各国桥梁设计规范评估撞击力时的适用性。结果表明:当船舶航速和船舶质量较小时,3类桩土模型得到的撞击力差异不大;撞击力与船舶航速近似成线性函数关系,与船舶质量成幂函数关系;船桥碰撞动力性能随船舶航速和质量的增加而增大;经验公式与各国桥梁规范中,使用Knott公式计算撞击力较为准确,使用我国铁路桥涵设计规范会导致抗撞评估偏于不安全。     

对桥梁通航孔及相邻水中墩设安全防撞装置必要性论述

该文通过最早建成的四座长江大桥建设中和营运中发生的船撞桥事故的统计和实例,说明桥墩建筑在原来是船舶航道的位置上,在船撞桥事故中,船处于弱势地位。船舶因水位涨落、气候变化、人员操控等原因造成偏航,应该对通航孔两侧及其邻孔的桥墩,设置缓冲安全装置,既保护桥又保护船。从而对发展经济、保护环境、保护人民生命财产安全都是有利的。     

船舶-桥墩碰撞动力响应分析研究

船舶撞击作为跨航道桥梁服役期间常见的一种偶然荷载形式,为桥梁结构的安全运营带来了严重威胁。本文以某跨江桥梁为例,采用动力时程分析方法,对桥梁主墩进行了船-桥碰撞动力分析,研究不同撞击工况下桥墩的动力响应问题,并将有限元仿真分析的碰撞力与按国内外规范规定算法计算的撞击力进行了对比,提请桥梁设计者注意。     

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。     

基于改进AASHTO模型的动态船撞桥风险评估法

提出基于改进AASHOTO模型的动态船撞桥风险评估法。基于AASHTO模型,引入时间因素,根据桥区通航条件现状,统计适用于广东省的撞损桥墩分类船舶年通航量及未来船舶年通航密度;根据通航量和通航密度随时间的变化,计算动态的偏航概率、年撞击频率。综合考虑撞击力的方向、作用点、大小等对桥梁损伤的影响,结合LS—DYNA软件和ANSYS PDS,建立有限元模型,分析获得一次撞损概率。综合上述通航量、偏航概率、几何碰撞概率和一次撞损概率的计算结果,获得动态船撞桥风险概率。实桥算例表明,上述方法是可行的。通过上述方法,可计算船撞桥动态风险,为桥梁防撞决策提供依据。     

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。     

考虑海域水位变化的船撞桥流固耦合分析

为研究水流对船撞桥过程的影响及水位对桥梁动力响应的影响,以金塘大桥非通航孔段连续梁桥为背景,采用ANSYS-LSDYNA软件建立流固耦合和附加质量2类船撞桥模型,分析流体对撞击过程中撞击力和能量转移的影响以及不同水位下桥梁各构件的动力响应,并通过缩尺模型试验验证流固耦合模型的正确性。结果表明:采用流固耦合法计算的撞击力幅值较附加质量法大15%左右;直接受撞区、桩基承台连接处、桥墩承台连接处是桥梁遭受船撞时的高危应力区;水位越高,撞击时桥梁上部构件的位移越大;低水位下,船舶直接与桩基发生碰撞,对桥梁下部结构的潜在破坏较为严重。     

吴淞江大桥桥墩抗船撞能力评估研究

针对吴淞江大桥主桥P1#、P2#桥墩用Midas软件建模,分别计算了桥墩在受到1000kN横桥向、顺桥向水平撞击力时在桥墩最危险截面处产生的内力。根据桥墩的实际配筋,按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,计算桥墩实际能够承受的水平撞击力。横桥向水平抗力由P1#桥墩桩基强度控制,为8890kN;顺桥向水平抗力由P2#桥墩强度控制,为7944kN。应用有限元软件ANSYS／LS—DYNA建模分析在高水位时1000t级船舶正撞、侧桥向45°撞击桥墩产生的最大撞击力。根据计算结果评估桥墩的抗船撞能力。     

G1501 跨泖港大桥主动防撞系统设计

G1501高速公路跨泖港大桥上跨平申线(上海段)航道。该航道是《上海市“十二五”内河高等级航道建设规划》中首批启动建设的航道，为黄浦江上游三大支流之一，目前航道等级Ⅴ改Ⅳ。改造过程中航道上桥梁被船撞风险高，通过对桥梁预防航道船舶碰撞预警系统工作模式与参数化技术、多源数据三维测量空间的平面转换算法与工程实现技术、基于多源数据融合的船舶通航异常行为的判别技术、桥梁预防航道船舶碰撞预警系统性能优化与工程测试技术等内容进行研究，突破基于多源数据融合的复杂背景下航道多目标检测/跟踪算法、基于多源数据融合的船舶-桥撞击态势预测等关键技术，泖港大桥采用主红外、可见光和激光测距三类传感器复合体制的航道桥梁主动防撞系统。从而实现全天候、全天时、全自动航道桥梁主动防撞监控及预警，其应用效果良好。