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。     

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。     

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.     

长沙暮坪湘江特大桥主桥抗撞性能研究与防撞设计

为保证长沙暮坪湘江特大桥主桥船-桥碰撞安全性,对该桥进行了抗撞性能研究与防撞设计。采用LS-DYNA软件开展船-桥碰撞分析,确定设防船撞力;结合冲击谱近似方法确定设防船撞动力作用,计算桥墩动力需求与抗撞能力,评估结构安全性;针对主墩拱脚防护及过渡墩抗弯能力不足等问题,提出由UHPC面板、内置X型耗能钢板、EPS泡沫及D型防撞护舷等构成的钢-UHPC组合防撞设计方案,并开展防撞效果有限元分析。结果表明：除撞击力峰值外,最高水位工况下结构响应均大于最低水位工况;未设置防撞装置时主墩具有较好的抗撞能力,且有一定的安全富余,而过渡墩无法满足抗弯需求;主墩设置防撞装置能在1.5 s内将船舶侧撞速度降为0,有效地阻止了船舶侧向侵入,过渡墩防撞装置钢板厚10 mm时,撞击力峰值降低了35%,主要响应峰值降幅达40%～50%。     

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.     

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。     

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。     

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。     

泰州长江公路大桥夹江主桥船撞力研究与基础结构设计

泰州长江公路大桥夹江桥左、右汊主桥分别为(87.5+3×125+87.5)m、(87.5+2×125+87.5)m预应力混凝土连续箱梁桥,通航标准为Ⅲ级航道。采用动力数值模拟法对该夹江桥主桥船撞力进行分析,通过有限元软件计算该桥在2种工况下的船撞力。计算结果表明:24~27号、44~46号桥墩船撞力均较大。根据计算结果,结合该桥水文及结构特点对其基础进行结构设计。该夹江桥主桥基础分为3种类型:24~26号、44~46号墩采用整体基础,基础采用19根直径2.0 m的钻孔桩;27号墩也采用整体基础,基础采用16根直径1.8 m的钻孔桩;其他桥墩基础分幅设置。     

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。     

薄壁桥墩防撞浮箱的设计与仿真

介绍了薄壁桥墩钢防撞浮箱的设计要点,并基于ANSYS/LS-DYNA软件,演示了1艘500 t级驳船与浮箱碰撞的数值仿真计算过程,分析了撞击力、能量转换的规律和特点,并与不设浮箱时的船桥碰撞结果作对比,以评价浮箱的防护性能,从而为同类桥梁的维护提供技术和理论上的支持。     

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。     

惠州范和港跨海大桥设计特点

惠州范和港跨海大桥是座主跨为300m双塔单索面混凝土斜拉桥。桥梁的抗风抗震与防船撞防腐蚀是设计的重点。本桥将抗震和防船撞结合在一起,采用结构自身抗船舶撞击,取消防撞钢套箱,降低工程造价;桥梁耐久性设计中在浪溅区部位采用克汰混凝土作为主要防腐蚀措施;主梁采用三角形断面,桥墩桥塔采用圆端型截面,从构造上减少阻力系数,提高桥梁的抗风稳定性。本文对该桥的结构设计技术特点进行介绍。     

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。     

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。     

桥墩受车辆撞击研究综述

为促进桥墩防车撞设计的发展,从研究方法、撞击力取值、桥墩防撞设计及损伤评价等方面阐述了车撞桥墩的研究现状,指出现有研究中存在的问题和进一步研究的方向。结果表明,试验法、理论分析和有限元数值模拟等方法各有所长,3种方法相结合与相互验证将是车-桥碰撞研究的发展趋势;便于工程应用的车辆对桥墩的撞击作用计算公式亟需建立;车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤程度进行快速合理地评价有待深入探索;能同时减少桥墩及车辆碰撞损伤、占地面积小、防撞效果好的城市桥梁桥墩防车撞设计方法有待进一步研究。     

长淮卫淮河大桥船撞设防标准研究

以长淮卫淮河大桥为依托工程,介绍桥梁船撞设防标准的确定方法。基于风险的思想,参考《重庆市三峡库区跨江桥梁船撞设计指南》,对长淮卫淮河大桥在2012年、2022年和2050年通航密度下进行船撞风险分析,并根据风险分析结果,提出进一步降低桥墩船撞风险的建议和措施,为桥梁船撞设计提供技术支撑。     

三种规范对桥梁墩柱撞击力的比较

针对目前桥墩被船撞事故的频发,研究了某大桥水中桥墩在船撞作用下的响应,分别按照公路桥涵04规范、铁路规范、欧洲规范的要求采用不同的船舶撞击力,对各撞击力作用下桥梁墩柱结构进行计算、分析、比较。在3种规范对船舶撞击力的规定中,公路规范取值最小,铁路规范次之,欧洲规范最大,由此在桥墩防撞设计时应引起设计人员足够的重视。     

内河桩柱式桥墩抗船撞能力分析

对跨越低等级航道的桥梁普遍使用的桩柱式下部结构在船舶撞击作用下的受力问题进行研究。以浙江省某跨越6级航道的桥梁为研究对象,采用有限元软件ANSYS对船舶横桥向与顺桥向撞击下桥墩桩基的受力进行分析。分析结果表明,横桥向船舶撞击下,设置横系梁可使各桥墩立柱和桩基中的弯矩重分配,被直接撞击的桥墩的立柱和桩基的弯矩减小,其他桩基的弯矩增加,撞击处的墩身横截面应力最大值无明显变化,其他区域的应力水平有所降低,高应力区域减少;顺桥向船舶撞击下,设置横系梁起到的作用有限,桥墩立柱和桩基中的弯矩和应力变化不大。