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。     

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。     

群桩基础的船撞静力可靠度分析

采用响应面法进行了群桩基础在船撞作用下的结构静力可靠度分析.正常使用极限状态方程是基于承台横桥向位移建立的,承载能力极限状态方程是基于单桩和桥塔截面的抗压/弯强度建立的.最后进行了群桩基础结构可靠指标的敏感性因素分析,指出影响群桩基础船撞静力可靠度的主要随机因素.     

计入动力风荷载的船舶撞击桥梁动力响应研究

针对大风天气条件下船撞力与动力风荷载的耦合作用问题,基于船桥耦合分析算法编制了计算程序,并提出基于接触碰撞分析的船头刚度模型的确定方法,最后对一座连续刚构在船舶撞击力和风荷载的耦合作用下的桥梁响应进行了计算分析.结果表明,该船头刚度模型能较好地模拟船舶撞击力和桥梁结构响应;在不同的风荷载作用下,船撞力并没有显著改变,但桥梁位移和内力响应在不同风荷载作用下有增加的趋势,通过与无风工况的对比,墩顶位移增加最大比例为69.8％,墩顶弯矩增加最大比例为62.1％;而剪力受影响较小,墩底剪力增加最大比例为6.6％.当桥区风荷载作用较大时,有必要计入风荷载作用的影响.     

招商交科多项科技成果国际领先

正2020年7月30日,中国公路学会通过在线视频会议主持召开了"桥梁船撞设计理论与防护、预警技术"项目成果评价会。由全国知名专家组成的成果鉴定委员会对该项成果进行了评价。该研究成果创建了基于性能的桥梁船撞多目标安全设计理论体系,提出了考虑复杂航道环境的船撞风险概率评估模型,以及多约束条件下桥梁船撞易损性分析方法;建立了面向设计的桥梁船撞静、动力荷载模型,构建了基于结构响应的桥梁船撞性能指标体系;提出了桥梁船撞后果量化估计方法以及决策理论体系;     

重庆鹅公岩轨道专用悬索桥船撞作用下行车安全性与舒适性研究

为研究重庆鹅公岩轨道专用悬索桥在遭受船舶撞击作用下,轨道车辆行车安全性与舒适性,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对桥梁在船撞力作用下的动力特性及车-桥耦合振动进行分析计算,并根据分析结果对行车安全性和舒适性作出评价。结果表明:船撞力的作用大幅增加了桥梁在横向的振动响应,并一定程度地增大了车辆的响应;但船撞力对车辆响应的影响远小于其对桥梁响应的影响,且列车的行车安全性和舒适性指标均满足要求。     

桥梁受船舶碰撞的动力计算方法

计算了斜拉桥、连续梁和刚构桥在船撞动力作用下的响应,以考察船舶撞击力在航道桥设计中的重要性;对动力和静力方法的计算结果进行了比较分析,结果表明,对于所分析的几种桥型,采用静力计算方法得到的船撞结构内力、位移值与采用动力方法得到的船撞结构内力、位移值有很大的差别。对于设计,静力法过于粗糙,建议在桥梁船撞设计中采用动力计算方法进行船撞桥梁结构内力的计算。     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力-修正系数

针对基于碰撞数值模拟的桥梁设计船撞力的基本公式,提出根据桥墩几何因素修正设计船撞力的设想。采用碰撞数值模拟技术对船撞承台进行详细计算,深入研究等效静力船撞力与承台几何形状的关系,得出等效船撞力的桥墩几何修正系数计算公式,并对桥梁设计船撞力的基本公式进行修正。     

英德浈阳大桥船舶撞击力标准值比较研究

由于现行各船撞力经验公式计算的结果差异较大、设计值不统一,而无法直接应用于桥梁的防撞设计,因而必须结合有限元仿真计算,并综合考虑船桥碰撞各因素来确定。该文借助Ansys/LS-DYNA非线性有限元分析软件,对英德浈阳大桥进行船撞数值模拟,计算了不同工况下的撞击力,讨论了不同水位、不同角度以及船头不同碰撞部位对船撞力的影响。并将数值模拟得到的船撞力和国内外规范经验公式的计算结果进行比较分析,进而确定该桥船舶撞击力的标准取值。     

作为能力保护构件的桥梁群桩基础设计地震力简化计算方法

在桥梁延性抗震设计中,群桩基础往往作为能力保护构件进行设计。基于这一设计方法,计算群桩基础的设计地震力时,需要计算承台的地震惯性力。该文建立了承台-墩梁两质点模型,分析了承台惯性力随桥墩刚度的变化规律,提出了承台地震惯性力的简化计算公式,以及群桩基础的设计地震力简化计算公式。最后,以实际桥梁工程为背景建立有限元计算模型,通过弹塑性时程分析验证了简化计算公式的正确性和实用性。     

驳船-圆柱碰撞的修正半波正弦荷载模型

为建立考虑冲击效应的船撞实用荷载模型,建立6艘不同吨位驳船的有限元精细化模型,采用驳船撞击刚性圆柱模型,通过数值仿真得到252条不同速度和不同径宽比下的撞击力时程原始样本。通过对样本的观察与分析,提出采用修正半波正弦函数作为撞击力过程的近似荷载模型,并通过数理统计的方法确定具体模型参数,由此根据驳船吨位、撞击速度、撞击径宽比等因素直接确定撞击荷载曲线。基于简化模型推导过程,指出修正半波正弦荷载模型的3个误差来源,并以2座不同结构形式的桥梁为例进行动力反应计算分析。以驳船接触碰撞的动力响应为基准,分析简化荷载模型计算结果的准确性,并进一步讨论3个误差来源对荷载模型误差的贡献大小与误差机理。研究结果表明：模型参数取值的精度良好;2个算例的动力响应对比分析得出,提出的修正半波正弦荷载模型对于柔性及刚性的桥梁结构均有良好的整体计算精度,具有广泛的实际工程应用价值。     

深水高桩基础桥梁船撞倒塌数值模拟

采用数值模拟方法对深水高桩基础桥梁船撞倒塌事故进行仿真模拟,建立了事故桥梁上、下部结构及船舶的精细化有限元模型,并将弹塑性损伤帽盖模型用于混凝土,弹塑性随动强化模型用于钢材及钢筋。模拟结果再现了被撞桥墩及全桥的倒塌过程,揭示桥梁结构连续倒塌的机理,证明数值模拟方法的有效性及弹塑性帽盖模型作为混凝土本构的合理性。     

船桥碰撞数值模拟方法研究

数值仿真是进行船桥碰撞研究的一种重要方法,先对船桥碰撞数值模拟中涉及到的材料本构模型、网格划分、流固耦合作用及其简化、摩擦作用和桩土相互作用等五个方面的问题进行了总结归纳,并给出了某桥梁船撞问题的分析实例,最后对船桥碰撞数值模拟技术的发展做出展望。     

桥梁遭受船舶撞击的有限元仿真分析

桥梁在船舶碰撞时受到的动力荷载是复杂的动力非线性问题,近代非线性有限元技术为该问题提供了有效的工具。文中简述了该技术的基本原理,运用ANsYs／LS—DYNA对一艘10000t船和桥梁的碰撞进行了模拟,并建立了3个不同的桥墩有限元模型,从碰撞力、桥墩应力、变形等不同角度分析了不同的建模方式对碰撞结果的影响。结果表明,3种模型的计算结果具有较好的一致性,可以满足一般的工程精度要求。     

桥墩抗船撞击性能研究

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。首先阐述了船桥碰撞常用的研究方法,同时简要介绍了数值模拟方法的基本原理。用非线性有限元程序LS-DANA对一艘5万t实船与桥梁的碰撞过程进行了仿真分析,研究了有、无防撞装置对桥梁冲击性能的影响,结果表明柔性防撞装置既能保护桥墩又保护了船的安全,计算结果为工程设计提供了有价值的数据。     

模拟弹性基础效应的连拱模态试验研究

连拱基础多采用桩基础,而桩基础的弹性特征对结构动力性能影响很大。该文引用模拟弹性桩基础效应的简化基础模式,建立结构动力分析模型,同时构造室内等效试验模型,进行了模态试验对比分析研究。研究结果表明,采用弹性基础等效模拟方法,可以较准确地反映基础的弹性特性,从而导得连拱结构的简化模型。试验与分析对比表明,简化模型计算结果与试验结果误差较小。     

基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力——基本公式

建立3000-50003t载重吨位共5艘典型船舶的精细碰撞有限元分析模型,采用LS—DYNA碰撞分析软件计算得到相应的船撞力时间过程。给出最大峰值、局部平均和全局平均3种等效静力船撞力的定义,研究3种等效静力船撞力与船舶载重吨位和碰撞速度的关系。基于对碰撞计算结果的统计分析与参数拟合,提出桥梁等效静力船撞力计算的统计关系,并与美国AASnTO《桥梁船舶撞击设计指南》、《欧洲统一规范2．7分册》和我国《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002．1—99）中给出的等效静力船撞力计算公式进行对比和讨论。     

大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应监测

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标。该文根据加速度响应时程曲线分析了某大跨斜拉桥在重车、船撞、大风、爆破地震等各种荷载作用下的振动响应,得出大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应特性。     

粉房湾长江大桥船撞风险分析与设防标准研究

为确定粉房湾长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船撞风险分析,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;确定船撞设计代表船型,采用LS-DYNA软件对船舶碰撞桥梁进行数值模拟分析.分析结果表明:该桥在2010年、2020年和2050年通航密度下的船撞风险分别为4.05×10-6、2.02×10-5、7.06×10-5;P3、P4主墩的船撞设计代表船型均为5 000吨级;近期P3、P4主墩的设防船撞力可分别取38.68 MN和27.57 MN,远期可分别取38.68 MN和24.19 MN,P3、P4主墩抗力均满足船撞设防标准.