船撞桥梁下部结构撞击力研究

近年来,船舶撞击桥梁的事故时有发生,严重威胁了桥梁结构安全和城市交通的运营。为减小船撞桥带来的损失,需提高桥梁的抗撞能力。为达到既能保护桥梁又能在经济上实现最优化的效果,必须了解桥梁河段内船舶对桥梁的最大撞击力,借助于ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,仿真模拟各种情况下船撞桥的过程,分析归纳撞击力结果,总结出简化的撞击力计算公式,并与各规范公式进行比较,为该研究方向或工程设计提供一定的参考。     

基于能量的船桥碰撞力计算方法

以有限元分析为基础,对1万t级的船舶分别采用不同的撞击速度对桥梁进行正撞分析,得到最大正撞力.采用回归分析方法,比较了船舶初始动量与最大正撞力、初始动能与最大撞击力之间的关系,得到相应的计算公式.与AASHTO公式、修正的G.Wosion公式进行了比较和误差分析,结果表明,基于能量的桥梁船撞力计算方法能很好地计算出船撞力,且误较小.同时,该方法的计算结果很好地反映了船舶初始动能与撞击力之间的关系,并且形式简单,计算方便.     

基于AASHTO规范算法的桥梁船撞风险评估

美国和欧洲规范都将船撞事件处理为风险事件,根据可接受风险的水平来指导桥梁的船撞设计。我国规范是将船撞事件处理为偶然作用,根据航道和通航船舶情况给定设防船撞力。比较而言,我国桥梁船撞设计还没有形成系统的设计思想。因此,采用美国规范算法对嘉陵江渝合东阳镇大桥在近期和中远期通航密度下的船撞风险进行分析,     

港珠澳大桥青州航道桥塔墩防船撞数值模拟与性能分析

采用LS-DYNA动力有限元分析软件,对港珠澳大桥青州航道桥塔墩防船撞性能进行了数值模拟与性能分析。塔墩、代表型船舶与防撞钢套箱分别采用实体单元、shell单元模拟,并以最不利的船舶正撞方式进行撞击分析,对塔墩设置钢套箱后的撞击力及钢套箱的防撞性能进行了比较分析。结果表明,青州航道桥塔墩设置的钢套箱能有效地降低撞击力,具有很好的防撞效果,且钢套箱在受撞部位损伤较大,但在其他部位保存完好,可对受撞钢套箱节段进行更换或维修即可。     

接触面对驳船撞击桥墩动力响应的影响

碰撞接触面形式对驳船撞击桥墩的动力响应存在影响。利用有限元分析方法,研究了驳船与桥墩分别以平面接触和弧面接触碰撞时的撞击力及撞深规律,讨论了碰撞响应差异的力学机理,分析了不同接触形式下桥墩结构的碰撞动力响应;根据驳船撞击作用下桥墩的最大动力响应等效原则,提出了可供桥墩设计所用的等效撞击力。结果表明:驳船撞击桥墩时呈现明显的瞬时弹性碰撞和后期非弹性碰撞2个阶段,碰撞接触面尺寸和形状对驳船撞击桥墩的弹性和非弹性碰撞响应均存在显著影响,最大撞击力不一定能直接作为桥墩的设计依据,而等效撞击力可以作为桥墩的设计参考值。     

桥梁船撞设计有了系统规范指导

西部科技项目"西部地区内河桥梁船舶防撞标准和设计指南的研究"近日通过验收,这意味着,我国桥梁船撞设计缺乏系统规范指导空白的历史宣告结束。与现有的国际(美国、欧洲等)和国内桥梁船撞相关理论和设计规范相比,该项目完成了桥梁船撞设计从静力理论到动力理论的跨越,完成桥梁船撞设计从描述性规范到基于性能设计规范的过渡,取得了如下创新成果:(1)建立了基于性能的桥梁船撞设计理论体系,确定了船撞设防水准、设计性能目标,并提出了基于性能的桥梁船撞设计的具体方法;     

肇云大桥船撞概率风险及抗撞性能评估

肇云大桥为主跨738 m双塔双吊悬索桥，为评估桥墩结构抗撞性能是否满足要求，根据实际通航船舶现状，采用概率风险分析法确定设防代表船型为5 000 t级船舶，通过有限元建模实现强迫振动法，得到船撞桥的撞击力动力响应，基于理想弹塑性模型，计算桥墩的等效屈服弯矩。结果表明：桥梁抗撞性能满足规范要求，桥墩构件最小安全储备系数为1.22，桥梁失效概率满足船撞作用设防水准L2级。     

洪泽湖航标防撞设施设计

根据洪泽湖南线3级航道最不利船型和碰撞分析,按现有单柱式航标桩基设计抗撞能力110t,设计了2种结构形式的航标防撞设施,经实船撞击试验,取得现场实测数据。结果表明安装防护设施能有效吸收船舶撞击能量80%左右;通过有限元模型计算,推算出的船舶撞击力大于现有规范参考值20倍左右;采用钢漂护舷防撞设计方案最优,能有效地保护现有航标。     

落石撞击双柱式桥梁的动态响应及损伤分析

为研究落石撞击山区双柱式桥梁的动态响应与损伤,以西部山区一座双柱式桥梁为研究对象,采用LS/DYNA建立了高精度三维实体碰撞有限元模型,分析了落石参数对桥梁动态响应及损伤的影响,并将桥墩撞击力时程曲线与各个国家规范给出等效撞击力计算公式进行对比和讨论.研究结果表明:落石撞击桥墩中部造成的损伤相比其他位置大;落石速度对于撞击力峰值的影响更为显著,而落石质量大小对桥墩被撞击时的撞击力持续时间及最大水平位移影响更加显著;桥墩损伤程度是随着落石动能增加而增加,而落石质量大小对桥墩损伤程度更为显著,且落石质量增加使桥墩的损伤形式更偏向于斜截面受剪;我国《公路路基设计规范》和《铁路工程设计技术手册》撞击力计算公式计算结果偏小,设计不太安全,日本道路公团公式的计算结果与数值模拟的撞击力峰值吻合良好,建议工程设计采用.     

冰流撞击作用下高速铁路桥梁振动抑制研究

为了探明调谐质量阻尼器(TMD)对冰击荷载作用下桥梁振动的抑制效果.以桥梁横向位移方差为减振评价指标,基于传递函数法、动能理论和模态分析法,确定了TMD的最优刚度、阻尼和最佳安装位置;采用有限元法建立了流冰-桥墩撞击模型,计算获得了流冰撞击力;通过分析不同质量比TMD下桥梁结构的动力学响应,研究了TMD对流冰撞击下桥梁的振动抑制特性.结果表明:采用有限元法计算的流冰撞击力峰值与规范计算结果基本吻合;流冰撞击桥墩引起的桥梁跨中和墩顶横向位移主频与桥梁二阶横向模态接近,TMD的最佳安装位置为墩顶处;TMD对冰击荷载作用下桥梁跨中和墩顶横向位移有较大的抑制作用,且对桥梁横向振动加速度也有一定的减振效果.     

对深水高桩基础水平抗撞击力的非线性有限元研究

随着世界经济飞速发展,海、陆、空等各个领域的交通也越来越发达,而三者之中陆地和河海的交通交叉最多。近年来,因为船舶的撞击而发生的桥梁的坍塌事故频繁,人们越来越关注对于加大桥梁基础水平抗撞击力的研究,以求进一步完善桥梁船舶撞击的设计和评估要求。对深水高桩基础水平抗撞击力的非线性有限元计算方法进行了研究,实例计算分析大桥工程,并对比我国的规范设计思想下的计算方法,证明深水高桩基础水平抗撞击力的非线性有限元设计思路是切实可行的。     

中小型交通船耐撞性能研究

以2 200 t级交通船为研究对象,建立撞击船、被撞船以及水域有限元模型,采用附加质量法研究不同撞击位置、不同撞击角度和不同撞击速度对该船耐撞性能的影响,获得了不同方案下的运动状态以及损伤变形、碰撞速度和碰撞力等动态结构响应。所获结果可为交通船在不可避免地发生碰撞时提供操船建议,对于提高交通船的结构强度具有重要的参考意义。     

船撞桥最小二乘支持向量机预测方法

为了提高桥梁与桥区通航船舶的安全性,提出了一种船撞桥概率智能预测方法.以桥墩跨径、水流速度、水流方向与桥墩连线法线方向夹角以及航道弯曲度为系统输入,以单航次船撞桥事故率为系统输出,应用最小二乘支持向量机进行了船撞桥概率估算.结合实际航道,选择了长江和黑龙江上12座桥梁的洪水期、中水期和枯水期3个时段的样本数据进行验算,并与神经网络船撞桥概率估算结果进行对比.对比结果表明:支持向量机方法能准确地预报船撞桥概率,具有全局最优解,并且收敛性和学习效率均优于神经网络.     

基于船撞桥墩有限元数值仿真分析

以赣江某跨桥梁为研究对象,利用有限元软件ANSYS进行船桥碰撞建模分析,研究船舶以不同的速度及质量撞击桥墩的动态响应。结果表明:桥墩的被撞区和桥墩底部属于危险区域,在该区域内应力在极短的时间内迅速增大,而船舶的最大应力发生在碰撞区和船艏拐角处,尤其是船艏碰撞处迅速产生巨大的变形;随着船舶航行速度及载重量的不断增大,撞击力增长的速度、最大值以及船舶和桥墩的应力均明显增大,但不成线性或倍数增加。     

车辆吸能部件的碰撞试验与数值仿真

为了设计某列车耐撞性车体,实现列车被动安全保护,进行了台车碰撞试验和数值仿真计算,研究了耐撞性车体吸能部件的吸能特性。在台车撞击试验过程中,吸能部件从预期部位开始发生稳定有序的塑性变形,吸收的冲击动能与最大变形量基本成正比关系,说明该部件具有良好的吸能效果。并在此基础上,应用显式动力有限元理论建立了其有限元撞击模型,进行了数值仿真计算。相关性分析结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,在整个撞击过程中,撞击力曲线基本吻合,最大撞击力峰值分别为2486·3、2423·1kN,最大变形量误差和初始撞击力峰值误差都小于3%,反弹速度误差小于4%。显然,利用撞击试验验证了数值计算的有效性和可靠性,利用数值计算设计和优化车辆吸能部件是可行的。     

西江航道船舶流的概率分布特性

为了提高内河航道通过能力,分析了船舶交通流的到船分布和船头间距分布特性。以西江航道2004年日到船统计量为样本,运用数理统计方法,给出了日到船分布与船头间距分布的假设检验,运用时间保证率方法将实测数据点与概率分布的理论值进行了比较。比较结果表明其相对误差均在5%以内,说明内河航道日到船艘数服从正态分布,日船头间距近似为爱尔朗分布。     

欧洲统一规范Eurocode 1-船撞桥梁偶然作用评述

总结了欧洲统一规范Eurocode 1在冲击和爆炸偶然作用设计方面的总体思想和关键条文,对其关键条文如船撞力、船只撞桥概率和桥梁倒塌概率作了详细解释和推理后,指出其在上述方面存在的不足之处,并提供了相应的修改建议,以供国内桥梁船撞设计、研究对比和参考.     

列车撞击荷载的有限元数值分析

为获得列车脱轨撞击荷载,分析列车撞击时盾构隧道的动力响应,建立了列车编组的三维撞击有限元模型,探讨了不同列车编组、不同撞击速度和撞击角度下列车近似撞击力时程曲线,分析了列车撞击力最大值和撞击时间与列车撞击速度和角度的关系,并将典型撞击荷载用于分析不同厚度二次衬砌管片衬砌的动力响应.结果表明:列车编组数量一定时,列车斜向撞击力最大值随撞击速度和撞击角度增大而增大;当撞击角度增大到7.5后,撞击力作用时间随撞击速度增大而延长;根据列车撞击力最大值出现时刻不同,可将撞击力时程曲线划分为2类特征曲线,其中第1类特征曲线(撞击瞬间撞击力达到最大)总体上符合高斯多峰拟合公式,可用10个参数近似拟合.二次衬砌厚度增大能有效减小管片衬砌应力、速度、加速度等动力响应以及拉、压损伤区域.      

内河航道桥梁整体顶升适用性研究

以交通运输＂十二五＂规划中的内河航道整治升级为背景,对苏州地区部分干线航道桥梁的桥型进行了统计分析。根据整体顶升对桥梁结构受力变化的影响,探讨了几种桥型在整体顶升过程中桥梁结构的安全适用性。同时,根据航道桥梁整体顶升工程造价的相关计算方法,以苏南运河平望运河大桥为工程背景进行整体顶升投资造价测算,分析了整体顶升技术的经济适用性。结果表明：整体顶升技术在内河航道桥梁改造工程中具有良好的适用性。     

船舶撞击后连续梁桥基础受力特性分析

基于有限元数值方法对一船舶撞击连续梁承台群桩基础事故进行模拟,分析了不同上部结构约束、不同冲刷深度、不同荷载等级下群桩基础的受力变形特性。结果表明承台周围河床的冲刷深度对桥梁下部结构受力变形特性影响明显,冲刷深度的加大减弱了桥梁下部结构承受撞击能力。对该次事故结果作出评定,并提出该连续梁桥下部结构的撞击力限值,为桥梁运营养护提供参考。