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。     

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。     

基于刚柔匹配的桥梁柔性防撞装置研究

为避免船舶与桥墩相撞时两者出现较大损伤,基于刚柔匹配、柔性导向原理,提出在桥墩上设置一种由外钢围、防撞圈和内钢围构成的新型柔性防撞装置,对比分析分别设置普通刚性防撞装置与该新型柔性防撞装置的情况下,船舶正撞及斜撞防撞墩时防撞装置与船舶的动力学行为、能量转换关系,并进行实船撞击试验验证新型装置防撞效果。结果表明:新型柔性防撞装置可将船舶撞击的集中力转化为分布力,相比于普通刚性防撞装置,正撞时最大撞击力降低了56%,撞击时间延长了84%,斜撞时最大撞击力降低了37%,撞击时间延长了67%,提高了防撞效率;刚柔匹配的柔性防撞装置可有效拨转船舶航向,降低了撞击过程中的能量交换。实船撞击试验结果表明:新型柔性防撞装置整体安全、可靠,能较好地应用于桥墩防撞中。     

钢套箱-群桩组合防撞结构防撞性能仿真分析

为确定船舶碰撞作用下钢套箱-群桩组合防撞结构的工作机理和防护能力,以余信贵大桥防撞设计为背景,采用显式动力分析软件LS-DYNA建立船舶-组合防撞结构碰撞计算模型,进行不同工况下船舶撞击防撞结构仿真分析,对碰撞相互作用过程、撞击荷载、船舶及结构响应进行分析。结果表明:中心碰撞时的碰撞荷载峰值、持时、冲量和桩顶位移比偏心碰撞时大;中心碰撞时船舶动能大部分转化为系统内能,偏心碰撞时船舶动能大部分保持在自身;典型中心碰撞工况下,船艏及组合防撞结构局部发生塑性变形,但未超过材料强度极限。该防撞结构具有较好的防撞吸能和导向能力,可以保护桥梁结构免受撞击,降低碰撞船舶的损伤。     

动力固结的显式非线性数值分析

动力固结是一种有效的地基加固方法,应用显式瞬态非线性有限元分析了动力固结时夯锤对地基土的冲击碰撞过程,分析中考虑了碰撞中出现的材料非线性、几何非线性、接触非线性、运动非线性以及它们之间相互耦合的特性,得到了不同落距和不同锤重条件下夯锤的动能迁移、撞击力时间历程、夯锤下应力分布及土的能量吸收、变形和密度的时间历程,并得到了它们之间的相互关系,分析结果表明:位移时程与应力时程并不同步,位移滞后于应力;夯坑深度与夯锤动能的自然对数成正比;夯锤的初始动能与最大撞击力并不一一对应;有限元分析反映了动力固结过程的基本规律,再现了夯锤与土体碰撞的整个过程。     

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。     

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。     

非通航孔桥的大距离走锚消能式防撞系统

为了防止船舶撞击非通航孔桥,提出一种大距离走锚消能式防撞系统.该系统由水面拦阻系统和锚碇系统组成,主要特点是利用重力锚大距离走锚过程消耗船舶动能.根据动能定理,采用分步迭代法,完成了防撞系统受船舶撞击过程的数值分析.数值计算结果显示:船舶艏正掩决定浮简所能提供浮力的下限和拦阻锚链的最小承载力;船舶横向撞击引起的防撞系统移动距离,则是防撞系统设置位置至桥位距离的决定因素.     

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。     

一种桥梁防撞结构的设计与仿真分析

桥梁防撞结构有多种形式,按照其与桥墩的关系区分,可分为整体式与分离式防撞两种。通航净宽受限的情况下,在桥墩上下游侧设置分离式防撞结构是合理可行的。根据某桥现场情况,设计出一种分离式刚性防撞结构。通过建立三维有限元仿真计算模型,分析该结构受到船舶撞击时的受力状况,其结论可为同类桥梁防撞设计提供参考。     

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。     

FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置数值分析及性能评价

提出了一种新型柔性吸能防撞产品——FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置,采用大型通用有限元软件Ls-Dyna,对设置FCZ装置后的桥墩,进行了汽车碰撞仿真建模和数值分析,并分别从构件级别和"车-桥墩碰撞系统",对防撞装置和桥墩进行了保护能力评价。由于桥墩受到车辆高速撞击的安全隐患巨大,专门就桥墩未设置保护措施进行了碰撞计算,与设置FCZ装置后的碰撞结果做了对比分析,验证了该装置的良好技术性能。     

基于碰撞仿真的桥梁船撞力规范公式的比较研究

对国际上现有的主要桥梁船舶撞击力的简化估算公式进行了概要的总结.分别针对刚性壁情况和两个工程实例进行了船舶撞击力的仿真计算.在此基础上,对AASHTO规范船舶撞击力公式,欧洲统一规范船舶撞击力公式和我国铁路桥梁船舶撞击力规范公式的适用性进行了分析和评述.指出了这些规范公式存在的一些问题,为正确地理解和使用这些提出了建议.     

武汉天兴洲公铁两用长江大桥1号墩防撞设计与分析

介绍天兴洲大桥的工程特点和设置防撞装置的必要性,提出适合该桥梁防撞要求的等截面桥墩防撞设施,并采用有限元方法对船与该防撞装置的碰撞过程进行了模拟,得出了桥梁设计所关心的技术指标,满足了设计要求。     

大跨连续刚构桥-船撞击动力响应研究

以某高速公路新建连续刚构桥为工程背景，采用非线性有限元分析方法，通过大型通用非线性有限元程序LS-DYNA建立全桥有限元模型和1 000 t船舶模型，对船-桥碰撞动力过程进行模拟，以确定船-桥碰撞过程中碰撞力的大小，并将有限元计算结果与规范经验公式进行比较。结果表明：船-桥碰撞过程中，船艏发生较大变形，吸收大部分的能量，将动能转化为势能；碰撞过程具有明显的非线性波动特征；各个规范经验公式计算的船撞力差异较大，且规范经验公式具有一定的局限性，有限元分析法能完整再现船-桥碰撞结构内部动力学过程，弥补规范经验公式的不足。     

桥墩在船桥碰撞中的响应及损伤分析

船桥碰撞事故时船艏对桥墩的冲击力 ,以及由此引起桥墩、墩柱和桩基的动态变形和内部应力历程 ,可以通过非线性动态有限元数值仿真全程再现。以一艘 4万 t载重量球鼻船艏与某长江大桥桥墩碰撞为例 ,演示了数值仿真计算的过程。重点介绍了结构模型化及其参数选择等关键技术 ,获得并分析了船桥碰撞力、能量转换、以及桩基、承台和墩柱的冲击响应的一般规律和特点 ,从而可为桥梁设计、维护和损伤评估等提供了理论上的支持     

杭州湾跨海大桥北航道桥防船撞结构方案研究

杭州湾跨海大桥北航道桥为钻石形双塔双索面钢箱梁斜拉桥,根据其通航设计要求,在承台上必须设置防船撞设施。介绍该桥防船撞设施与承台施工套箱结合的方案,为类似工程防船撞设计提供借鉴。     

上海闵浦二桥主塔基础的防船撞分析

上海阂浦二桥的主塔基础设于主、副通航孔之间,主塔基础的防船撞问题尤为突出。利用规范及经验公式计算船舶撞击主塔基础的作用力,运用有限元仿真法分析有无防撞设施情况下船舶撞击主塔基础的风险性。