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。     

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%。     

某长江公路大桥防船撞设施研究

以某长江公路大桥为研究对象,通过规范和Midas /Civil软件计算出船舶撞击力和桥墩防撞能力,得出了中高洪水位期大桥自身抗撞能力不足的结论。为此,根据桥墩结构的特点和防撞需求,设计了一种自浮式钢覆复合材料防撞设施,并采用LS-DYNA有限元分析软件建立船-桥碰撞模型进行不同工况的模拟。研究结果表明,该防船撞装置能够有效减少桥墩所受的船舶撞击力并延迟撞击时间,船舶撞击力峰值降低幅度可达30%～39%,具有很好的防撞消能效果。     

上海长江大桥船撞安全性能的数值模拟研究

介绍上海长江大桥船撞安全方面的研究成果.采用碰撞有限元数值模拟方法,对上海长江大桥在船舶撞击下的动力反应进行分析,获得船舶撞击力和结构的动力反应;对大桥的防撞套箱的防撞效果进行评价,包括对船舶撞击力的消减效果、对桩基础的保护效果等.本文的数值模拟结果为大桥基础设计和防撞套箱的优化设计提供技术支持.     

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。     

跨江大桥防撞设计方法及动态分析

结合国内外桥梁防撞的既有技术,对大跨径斜拉桥的防撞设计思路和方法进行了研究,并对常用防撞设计方法进行了对比分析.以江津粉房湾公轨两用斜拉桥为例,通过对大桥防撞特点的分析和防撞设计方法的比对,优化出了大桥的最佳防撞方法;基于动态非线性有限元理论,研究了大桥防撞主墩的总体结构抗力和代表船型作用下的碰撞力,分析了桥梁船舶撞击点位的受力特征.研究结果表明:在不同水位下,代表船型以各水位对应的撞击速度撞击(正、斜撞)大桥主墩,船撞力均小于结构的设计抗力,其中以P3主墩在187.83m水位遭受船舶正撞条件下的横桥向船撞力最大,约38.68 MN,小于其对应的设计抗力66 MN;虽然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,但可通过增设构造钢筋来解决.     

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。     

曾家岩嘉陵江大桥船撞设防标准研究及防撞方案设计

为判定曾家岩嘉陵江大桥所处的风险等级,以确定桥梁的设防船撞力标准,参考《重庆市三峡库区跨江桥梁船撞设计指南》,对该桥梁在目前、近期和远期的年碰撞频率和倒塌频率进行计算分析,与可接受的风险准则进行了对比,并通过建立桥梁、船舶精细化的三维有限元模型,采用动力数值模拟方法计算桥墩在不利撞击工况下的船撞力,从而确定了桥墩的船撞设防标准。同时为了避免桥墩局部损坏,降低碰撞事故中的船舶损伤,实现对桥梁和船舶的双重保护,提出了设置固定式复合材料防撞护舷的防撞方案。     

蔡家嘉陵江大桥船撞风险分析与设防标准研究

为确定重庆市蔡家嘉陵江大桥设防船撞力标准,采用美国AASHTO规范方法和三概率参数积分路径方法对该桥进行防撞风险分析,计算桥梁的碰撞概率和年倒塌频率,并与可接受的风险准则进行比较。确定防撞设计代表船型,采用LS-DYNA软件对船舶碰撞桥梁进行数值分析。     

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。     

考虑误航的船舶撞击桥梁速度计算方法及工程应用

船舶撞击速度是进行船桥碰撞研究的关键参数之一,直接影响船撞力的大小和桥梁的设防标准。通过对船撞事故及现有船撞速度确定方法的分析,考虑桥梁设计通行能力及发生误航的可能,提出一种考虑误航时偏航失速的船舶撞击速度计算方法。通过在某双塔斜拉公路大桥防船撞研究中的应用,采用3种船舶撞击模式进行防撞研究,结果显示,不同模式下通航孔桥墩的撞击速度相差较小,非通航孔桥墩的撞击速度相差较大,考虑以边跨为通航孔时发生偏航撞击模式,对于非通航孔桥梁抗撞设计更加合理,通过LS-DYNA有限元分析软件模拟了船舶撞击桥墩过程,并得到了船舶正撞力标准,可作为防船撞研究和设计的参考。     

万州长江公路大桥防撞设施工程船撞工况研究

弧形水上升降式桥梁防撞装置为防止重庆万州长江公路大桥防船撞风险发生提供了有力保障,如何确定防撞设施工程船撞工况,是防撞设施设计的关键,对万州长江公路大桥防撞设施工程船撞工况进行了研究,给出了船撞工况的确定方法及结果,可供相关人员从事桥梁船撞设计时提供借鉴。     

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。     

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.     

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。     

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。     

两铰钢结构拱桥大吨位铰支座设计与受力分析

拱铰支座作为两铰拱桥梁的主要承重结构,是拱脚与拱座连接的关键部位,是控制设计的关键环节。由于铰结构的不可更换性,且暴露于空气中,势必会受到水、空气的腐蚀。同时,由于吨位大、应力大,势必存在应力腐蚀。以天保湾大桥的拱铰为例,在国内首次采用5 500吨高力黄铜拱铰。拱铰在使用中应传力顺畅,应力分布合理,不出现应力集中现象。针对天保湾大桥拱铰的局部受力进行分析计算,检验其设计的合理性和可行性。     

大水头差条件下防撞导向井钢围堰内承台基础开挖关键技术研究

曾被誉为"世界第一钢筋混凝土拱桥"的万州长江公路大桥,随着三峡库区175m水位的蓄水,两岸拱脚全部被淹入长江水下,主拱圈遭受船舶撞击的风险加剧。结合库区水位变动及大桥防撞特点,采用了一种能自动适应水位变动、实现即时防护的"自浮式弧形水上升降防撞装置"。而1号导向井承台基坑能否顺利开挖直接决定着防撞工程项目的成败。采用围堰槽套孔取芯掏槽和原槽浇筑水下混凝土技术,克服了29m大水头差压力下刃脚段封底混凝土与基岩间的大渗漏风险;采用在刃脚内外侧及底部设置12mm厚止水环板,克服了地下水沿刃脚与混凝土基础间隙大渗漏的风险;采用基础岩体帷幕注浆技术,克服了大水头差压力下因砂岩孔隙、裂隙等自身缺陷而存在的基坑涌水风险。ABAQUS有限元仿真结果表明,围堰内抽水并开挖承台基坑后,钢围堰基础整体稳定。现场承台基础的顺利施工进一步验证了计算结果的正确性。     

冰冻河道桥墩防船撞技术应用研究

以我国北方某桥梁防护项目为依托,结合冰冻河道防冰及防船撞的项目特点,通过理论计算、试验及数值仿真方法对该项目船舶及冰排撞击力、桥梁自身抗撞能力及防撞设施设防效果进行研究,为柔性防撞技术在工程项目中的成功应用提供理论依据。     

广州明珠湾大桥主桥总体设计

广州明珠湾大桥主桥为(96+164+436+164+96+60) m中承式钢桁拱桥,采用双层桥面布置。大桥主跨采用结构自平衡体系,无外部推力;主梁采用N形三主桁钢桁梁结构;拱肋、钢桁梁均采用箱形截面,腹杆部分采用工字形截面、部分采用箱形截面,弦杆、腹杆与主桁架之间采用栓焊结合连接方式;桥面板采用正交异性钢桥面板,桥面铺装采用浇筑式沥青混凝土;主跨吊杆采用1 670 MPa的镀锌平行钢丝索;主墩深水基础采用钻孔灌注桩基础。采用12 000 t级双曲面球型减隔震支座,解决了全桥强震作用下的纵、横向减隔震问题。在主墩与边墩分别设置B型转筒式与C型护舷防撞装置,可有效预防3 000 t级船舶失控对大桥的撞击。为提高架梁效率、适应通航水域条件,大桥架设采用拱梁同步施工方案。采用MIDAS Civil软件建立全桥空间有限元模型,对该桥静力、动力、稳定、抗风、抗震性能进行分析,结果表明:主桥最大悬臂施工与运营阶段,抖振响应均能满足规范要求,大桥结构受力性能良好、安全可靠。