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。     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异，探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式。采用缩比模型，通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线，观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式，并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并通过与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；通过参数分析探明了撞击高度、预应力值对拼装式桥墩动力响应的影响规律。研究结果表明：在撞击荷载作用下，整体现浇桥墩主要发生了由受拉弯曲破坏转变为墩底斜向剪切破坏的弯剪破坏，节段拼装桥墩主要发生受撞节段剪切滑移和加载区混凝土压溃；与整体现浇桥墩相比，在撞击作用下节段拼装桥墩撞击力峰值降低21.25%，撞击持续时间相应增加147.62%，同时节段拼装桥墩展现出更强的变形能力和能量耗散能力，但未能展现出良好的自复位能力，增加混凝土局部损伤；有限元模拟与试验结果吻合良好，验证了有限元模型的正确性；基于节段拼装桥墩有限元模型，分析得到撞击高度和预应力值对桥墩撞击力的影响较小，但撞击高度对桥墩变形影响较大，预应力值对桥墩整体刚度也有较大影响；因此，在节段拼装式桥墩抗撞设计时应综合考虑撞击高度和预应力值对桥墩的影响，从而保证结构的可靠安全。     

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。     

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.     

侧向撞击荷载下桥墩动力响应有限元分析

进行了侧向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩试件动力性能的试验研究。在试验研究基础上建立了可靠的有限元模型,根据该模型探讨了单次撞击荷载下桥墩的动力响应,对比分析了单次与累次撞击荷载下桥墩的动力响应。研究证明:相同撞击速度下单次与累次撞击相比:平均撞击力较大,撞击作用时间较短;跨中截面峰值应变与平均应变均较小。研究结果为桥墩耐撞性设计提供了依据。     

轻轨列车通过高架桥引起地面振动有限元分析

采用移动荷载列过桥原理,建立车辆一桥梁动力分析模型,并计算移动荷载列下桥墩支座的反力时程。通过建立三种人工边界条件下桥墩一土体的三维动力分析模型,利用ANSYS求解弹性状态下地面的动力响应。分别比较了三种人工边界和相邻桥墩对计算结果的影响,结果表明地面衰减规律与实测一致。     

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。     

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。     

横向撞击荷载下钢筋混凝土桥墩动力响应研究

运用拉格朗日动力方程和结构力学原理,研究了横向撞击作用下桥墩的动力响应,得到了横向撞击作用下桥墩动态弯矩、动态剪力以及动态应变的表达式,并分析了影响桥墩撞击作用下动内力的主要影响因素,计算结果与试验值符合较好。为研究桥墩横向撞击下桥墩的动力响应提供了一定的参考。     

外包钢板混凝土桥墩在车辆碰撞下的动力响应研究

进行了外包钢板混凝土墩柱在车辆碰撞作用下的动力性能模型试验,通过采集撞击过程中的撞击力时程、桥墩的加速度及位移响应时程,分析研究了车速、车辆质量、轴压比等对撞击过程中外包钢板混凝土桥墩动力响应的影响。研究结果表明,撞击力的大小与车速、车辆质量、轴压比均成正相关关系;桥墩的加速度与位移响应均随车速提高而增大,桥墩顶部的加速度可能大于也可能小于撞击位置处的加速度,而桥墩顶部的位移总是大于撞击处的位移;桥墩位移与车辆质量之间近似成线性关系,随轴压比增大而减小。研究结果为进一步研究实际车辆与桥梁撞击及桥梁防撞设计提供了数据参考。     

罕遇地震作用下高速铁路桥墩动力响应分析

建立了列车荷载作用下高速铁路桥墩模型,将桥墩纳入高速铁路简支梁桥全桥体系中进行动力分析.采用弯矩-曲率关系计算程序以及有限元软件,对高速铁路桥墩进行弹塑性分析计算,分别计算了罕遇地震作用下不同车速和不同地震作用组合等工况下的桥梁的弹塑性地震响应。计算结果表明,随着车速的增加,桥梁的地震响应呈上升趋势,结构位移较大;罕遇地震作用下高铁桥梁墩底进入弹塑性状态,给出塑性铰长度数值计算结果,并与AASHTO规范对比验证。     

土-承台动力相互作用对砂土场地桩基桥梁地震反应的影响

在桩基桥梁的地震反应分析中,桩-土动力相互作用是个重要的问题,而对于采用低桩承台基础的桥梁,承台埋在土面以下,还存在土与承台之间的动力相互作用。目前,地震反应分析中一般不考虑土-承台动力相互作用的影响,相关研究也很少。为此,利用OpenSees有限元分析程序,基于p-y曲线建立了土-结构一体化桩基单墩模型,选择40条实际岩石场地地震记录作为输入,开展了考虑土-承台动力相互作用的桩基桥梁地震反应分析。结果表明,考虑土-承台动力相互作用后,结构的基本周期会减小,墩底曲率会明显增大,桩顶曲率会大幅减小,但墩顶位移的减小可以忽略。     

钢筋混凝土圆形桥墩正截面冲击承载力计算

针对工程中频发的桥墩撞击事故,根据欧洲规范（CEB）推荐的率型经验公式,得到对应应变率效应的混凝土动态抗压强度及相应动态断裂应变、钢筋的动态抗压（拉）强度;基于材料动态强度的应力一应变关系,并考虑桥墩截面的局部削弱,推导出冲击荷载下圆形钢筋混凝土桥墩正截面极限承载力的分析和计算公式;在对试验数据分析的基础上,通过算例验证桥墩动态极限承载力计算方法的可行性,并建议了冲击荷载下材料应变率的取值范围。     

下穿运营桥梁公路路基设计方案研究

依托某工点下穿既有线桥梁工程，运用有限元软件分析CFG桩复合地基施工、轻质土路堤填筑以及后期运营对已有桥墩桩基的影响，验证路基工程泡沫轻质土填方+CFG桩设计方案的可行性。研究结果表明:路基施工对桥桩基弯矩、位移变化有一定的影响，且对两侧桥桩基影响大于中间桥桩基，但整体变化量较小，符合工程要求。     

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     

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。     

基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法研究

为实现桥梁下部结构横、竖向状态的同步识别,以多跨简支梁桥下部结构为研究对象,提出了基于响应灵敏度的桥梁下部结构损伤识别方法。首先,基于车桥耦合动力分析理论推导了桥梁下部结构响应灵敏度方程;其次,基于响应灵敏度模型修正算法和数值算例对所提方法的有效性和抗噪性进行了验证。结果表明：(1)当梁体、墩身、基底约束同时损伤时,所提算法可准确、有效地识别墩身单元刚度和基底约束刚度值;(2)所提算法具有较强的抗噪性,在5%噪声影响下仍能有效识别墩底弹性支承的损伤,并能准确定位损伤桥墩单元位置和识别损伤值。     

新民岷江特大桥静动载试验研究

采用等效荷载加载试验模拟大跨度连续钢构桥在最不利荷载作用下的工作状态,测试并分析各静载工况下的主梁挠度、主梁与主墩控制截面应力,判断实际承载能力,评价其在设计使用荷载下的工作性能。通过动力试验了解桥跨结构的自振特性及其在长期使用荷载作用下的动力性能,分析桥跨结构在行车下的冲击作用,预测桥梁运营状况,为桥梁维修、管理提供技术依据。     

滨海特大高架桥梁抗震优化设计

为研究滨海特大高架桥梁地震反应性能,分析下部结构的影响,优化桥梁设计,为工程抗震设计提供参考.以工程实例为对象,建立三维动力模型,分析不同墩柱尺寸和桩基方案对桥梁地震反应的影响,并对桥梁进行延性抗震设计验算.结果 表明:随着墩柱尺寸和桩基数量增加,虽然其自身承载能力会变大,但同步地震反应也会增大;因此,需要选取经济合理的截面尺寸和桩基数量;根据分析选取的两项设计参数,在地震作用下,可以很好的满足延性抗震设计要求.