超长跨海大桥非通航孔区段防船撞研究

据统计,船舶撞击桥梁非通航孔区段引起的事故约为撞击通航孔的两倍。我国在沿海大型海湾、入海河口规划和建设了多座超长大型桥梁,非通航桥区段的船撞问题日益突出。梳理了近年来发生的船撞非通航孔桥梁事故,研究了国内典型超长跨海大桥非通航孔区段设防现状,提出了超长跨海大桥非通航孔桥防撞设计方法,并探讨了该方法在舟山至上海跨海大通道中的应用和实践,可为超长跨海桥梁非通航孔区段防船撞提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

非通航孔桥梁防船舶撞击新型拦阻技术

针对现有非通航孔桥梁防船撞技术的不足,提出适用于江海长桥非通航孔桥梁防船撞的新型自适应、恒阻力船舶拦阻技术。自适应、恒阻力船舶拦阻系统由系泊趸船、系泊锚链和混凝土沉块、自适应浮筒、高强度拦阻网、触发钢索以及恒阻力耗能装置组成,其工作原理为:偏航船舶撞击拦阻系统后,自适应浮筒带动拦阻网从水平状态竖起展开,包裹住来撞船首,再通过恒阻力耗能装置吸收船舶动能,拦截住船舶。通过缩尺比模型试验和实船撞击试验模拟该系统拦截船舶的过程,验证了该系统的可行性及工程设计的可靠性;采用水动力计算软件ANSYS-AQWA进行全尺寸数值仿真,仿真结果与试验结果基本一致。     

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。     

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。     

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。     

株洲湘江八桥防船撞设施设计及仿真计算分析

本文以株洲湘江八桥为背景,结合跨江桥梁的防撞研究特点,依据桥区环境特点及大桥主通航孔桥墩防船撞要求,针对性提出释能附体防船撞方案,该方案具有设施占用航道空间少,制造和维护便利,耐波性和恶劣环境适应性佳等特点,且具有良好的经济性。基于MSC.Dytran进行有限元仿真分析,模拟船舶及桅杆在失控状态下以漂流速度撞击大桥下层慢行系统梁体的工况,计算桅杆撞击力大小,确定警示拦截方案,验证防船撞设施的设防效果,确保防船撞方案设计的可行性,为实际工程应用提供依据,最大程度保护大桥的防船撞安全。     

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。     

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。     

通航桥梁既有防船撞墩加固改建方案研究

以瓯江上某桥梁为例,对通航桥梁的既有防船撞墩加固或改建的方案进行研究,借助MIDAS和XTRACT两款软件,对桥梁的防船撞性能进行有限元分析,通过对主桥裸桥墩,主桥桥墩加装柔性防撞装置、原设计防船撞墩、六桩防船撞墩、四桩加柔性防撞装置五个方案进行受力和抗力的计算,在安全性和经济性上优选防船撞墩的方案,提出既有防船撞墩加固或改建的方案优选模式,供类似工程参考。     

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。     

杭州湾大桥非通航孔桥防船撞试验段工程研究

非通航孔桥墩的防撞保护受到各界关注.本研究以设置防船撞试验段的形式,研究非通航孔桥的防撞方案,为后期的研究和工程推广提供技术支撑.本研究依据桥区环境特点及非通航孔桥防撞要求,经研究综合考虑,采用独立防撞墩+拦截索链+锚泊浮体+锚碇沉块组成的拦截体系来保护大桥.本研究对整个拦截体系进行了数模计算和物模试验,确定关键设计载荷参数,分析体系的环境适应性,并研究拦截体系在船舶撞击下的有效性.     

珠三角地区高速公路通航桥梁通航现状风险分析及防治手段

近年来,珠江三角洲数座通航桥梁遭受船舶撞击,导致交通中断。针对上述现象,对实际船舶撞击桥梁事故现状进行调查分析,结果表明:珠江三角洲多数高速公路的通航桥梁,其航道实际船舶通航吨位超过原航道设计等级的现象十分普遍,由此导致近年来高速公路通航桥梁受到船舶撞击、出现损毁事故的情况比较频繁。针对上述情况,提出了采用复合材料护舷、钢套箱+钢管砼桩、砼格栅以及阻拦网等防船撞措施,并通过有限元模拟分析手段,给出了具体的桥梁防撞建议。     

南昌朝阳大桥设计船撞力研究

目前在南昌市区赣江中通行的大吨位船舶较多,新建大型跨江桥梁很有必要结合实际情况确定设计船撞力标准,以免发生灾难性后果。根据航道中的代表船舶及自然条件分别采用了动力数值模拟法、有限元法、国内公路规范设计方法以及美国AASHTO规范设计方法计算了南昌朝阳大桥的船撞力,经过比较研究推荐以动力数值模拟法或有限元法所得结果作为桥墩设计船撞力,研究了南昌朝阳大桥位关键水位时的设计船撞力分布,并进一步将其与国内其他内河流域的设计船撞力进行了比较。     

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。     

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。     

基于刚度匹配的桥梁附着式防船撞设施合理刚度取值研究

桥梁防船撞设施种类繁多,不同防撞设施对船撞力的缓冲和折减能力相差较大。采用动力法分析不同刚度防撞设施对船撞力的缓冲效果,通过对桥墩刚度、船艏刚度及防撞设施刚度的分析研究,提出基于刚度匹配原则的防船撞设施的合理刚度取值方法,并对钢套箱、复合材料套箱以及橡胶护舷的刚度范围进行比较,以明确不同防撞设施的适用范围。     

桥梁船撞风险分析与对策研究

随着跨江和跨海峡大型桥梁的建设和船舶运输业的快速发展,桥梁遭受船舶撞击而致损坏或倒塌的事故频繁发生.采用美国AASHTO规范方法对某大桥进行了船撞风险分析,并讨论了船舶典型航速和桥墩抗力对桥梁船撞风险的影响,在此基础上提出了减小桥梁船撞风险的具体措施.     

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.