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。     

连续梁桥横桥向桥墩弯矩分布特点分析

确定连续梁桥横桥向桥墩弯矩分布特点,为基于位移的抗震设计提供基础。基于典型的连续梁桥横桥向,理论分析了桥墩弯矩分布机理,然后以墩顶与墩底的弯矩比值为桥墩弯矩分布指标,采用有限元方法,就墩高分布、桥台约束情况、主梁横向惯性矩、主梁扭矩和桥墩横向惯性矩5种因素对桥墩弯矩分布的影响进行了参数分析。上述因素对于桥墩的弯矩分布有不同程度的影响,增加桥墩横向惯性矩或同时减小主梁横向惯性矩和扭矩,可以有效减小墩顶与墩底的弯矩比值。     

东江特大桥桥墩抗撞计算分析及防撞措施

东江特大桥主桥为(95+170+95)m的连续刚构桥,为判断该桥下部构造是否满足规范抗撞要求,对桥墩进行抗撞分析。采用有限元程序MIDAS建立全桥及桥墩模型,通过反复试算,得出主墩、交界墩和引桥桥墩能够承受的最大船撞力横桥向分别为14 MN、5 MN、3 MN,顺桥向分别为10 MN、4 MN3、.5 MN,与国内《公桥规》、《铁桥规》及美国AASHTO 3种规范计算出的设计船撞力进行比较,结果表明各桥墩均能满足国内两规范对桥梁的抗撞要求。为防止船舶直接撞到桥墩,采取设置橡胶块、防撞岛、防撞墙及将交界墩的左、右幅承台连为整体的防撞措施。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于可靠度的船撞桥梁倒塌概率分析

针对大型复杂桥梁,运用可靠度理论对船撞桥梁倒塌概率进行计算是船撞评估方法发展的必然趋势.基于可靠度理论,将VC++与通用有限元软件ANSYS结合,编制了ANSYS-响应面法船撞桥梁可靠度计算程序.并采用该方法对嘉陵江黄花园大桥的船撞桥梁倒塌概率及可靠度灵敏度指标进行了计算.结果表明:当桥区水位处于174 m常水位时,船撞桥墩的倒塌概率较大;影响桥梁在船撞作用下倒塌概率的主要因素是容重、船舶撞击速度、船舶撞击角度、混凝土抗压强度.     

基于反应谱法的高墩连续刚构桥地震响应特性分析

以某连续刚构桥为研究对象,借助大型有限元程序,建立了考虑主梁-桥墩、主梁-桥墩-桩基以及主梁-桥墩-桩基-土层的3种不同有限元模型;基于反应谱法,对高墩连续刚构桥的地震响应进行了相应研究。结果表明:考虑主梁-桥墩的有限元模型的自振频率明显高于考虑主梁-桥墩-桩基-土层的;横向地震加速度对连续刚构桥梁体弯矩影响较大,设计时应予以充分考虑;顺桥向地震加速度对梁体轴力影响较小,而横桥向地震加速度对轴力影响相对较大;横桥向地震加速度对梁体剪力影响程度大于顺桥向地震加速度的影响程度,且对梁体横向位移影响较大,但对顺桥向位移影响较小。     

连续梁桥桥墩纠偏顶推受力分析

结合某实桥工程实例,开展了连续梁桥的桥墩纠偏的顶推受力分析研究.通过分析比较,在桥墩安全允许的条件下,可把竖向顶升千斤顶放置在桥墩顶部来顶升主梁,在主梁底部安装纵向和横向复位千斤顶来纠偏.结果表明:考虑了桥墩的纵桥向偏位与横桥向偏位的实际线形的计算分析结果更接近实际情况,为了减小墩顶主梁在顶升时产生的竖向力对桥墩根部产生的弯矩值和墩顶产生的位移值,可调整千斤顶的纵向布置以减小偏心距.     

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%。     

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。     

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。     

珠海洪鹤大桥主航道桥总体设计

为连续跨越洪湾水道与磨刀门水道通航孔,珠海洪鹤大桥主航道桥采用共用1个交接墩的2座主跨500m结合梁斜拉桥串联方案,跨径布置为2×(73+162+500+162+73)m。该桥采用半飘浮体系,主梁采用钢主梁与预制混凝土桥面板构成的结合梁,桥塔采用平面钻石形钢筋混凝土结构,斜拉索采用钢绞线拉索,塔、墩基础均采用钻孔灌注群桩基础。通过在交接墩和辅助墩墩顶设置横桥向钢阻尼器解决了软土场地上2座串联大跨度斜拉桥的横桥向减隔震问题;通过在主梁两侧设置风嘴、在桥面下设置稳定板,有效保证了成桥状态与典型施工状态下桥梁的颤振和涡激振动性能满足相关要求。结构分析表明,该桥受力性能良好,安全可靠。     

高墩连续刚构桥不同影响因素的地震响应分析

以某连续刚构桥为背景,建立了考虑主梁-桥墩-桩基-土层的有限元模型,分析了地震荷载作用下桥墩高度、桥墩截面、双肢薄壁墩间距等影响因素对桥梁典型截面内力及变形的影响。结果表明:在桥墩高度为60~65 m范围内,中墩顺桥向剪力基本稳定,不再随桥墩高度的增加而递减;桥墩高度的增加增大了梁体脱落的风险,桥墩高度为100 m时梁体中跨跨中截面顺桥向与横桥向位移达到139.1,97.5 mm;从抗震角度分析,圆形截面桥墩对位移影响较大,空心矩形桥墩截面与实心矩形桥墩截面形式对墩顶内力的影响不大,故空心墩较节约材料;对于文中连续刚构桥,合理的双肢薄壁墩间距能有效降低墩顶受力与梁体位移,能有效提高地震作用下的安全系数。     

人民东路浏阳河大桥主桥优化设计

介绍长沙市人民东路浏阳河大桥主桥的总体设计及构造上的部分特点,从顺桥向抗推刚度、抗弯刚度和横桥向抗扭能力三个方面对双柱式薄壁墩和单柱式空心薄壁墩进行了分析,同时对双柱式薄壁桥墩墩壁问距、壁厚对主梁及桥墩的影响作了比较,提出了有利于连续刚构桥优化设计的措施。