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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。