防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响研究

以跨海航道桥梁安全为背景,研究防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响.首先总结了目前工程中常用的桥梁下部结构波浪荷载计算方法,包括理论计算、模型试验和数值模拟,然后以岱山县鱼山大桥工程为背景,利用FLUENT软件对其主桥过渡墩及引桥独柱墩进行水动力计算,得到施加有防船撞装置后结构波浪荷载的变化.研究结果表明,对于复杂工...     

预压式钢-橡胶组合断面防撞装置安装技术

桥梁防撞装置能有效减小桥梁船撞事故带来的危害，而其防撞性能的发挥则依赖于正确的安装方式。本文以池州长江大桥Z5-Z9墩的防撞装置为研究对象，对预压式钢-橡胶组合断面防撞装置安装的关键技术进行了研究。针对Z5主塔上的自浮式防撞装置和其他墩柱上的D型橡胶固定式护舷安装，分别组织安排了安装时设备、人员的进场顺序和详细操作步骤。最后总结出防撞装置安装的质量控制要点，为后续桥梁防撞设施的安装提供参考借鉴。     

钢套箱-柔性墩柱结构船撞动力分析

钢套箱-柔性墩柱是内河航道中一种常见的防撞装置。采用显式动力分析软件LS-DYNA对内河驳船撞击钢套箱-柔性墩柱防撞装置进行了动力仿真计算,分析了2类代表性工况——正撞及偏撞情况下,船撞撞击防撞装置的碰撞过程、荷载时程,以及防撞套箱变形损伤情况。计算结果表明,2类不同工况在碰撞过程中存在明显区别,正撞情况下荷载峰值较大,但持时较短。2类工况中,钢套箱接触范围内等效应力超过静态屈服强度,但塑性变形只局限于较小范围内。分析结果表明,钢套箱处于安全状态。     

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。     

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。     

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。     

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。     

大跨径斜拉桥防船撞设施设计

通过某大桥的防撞设施设计、实施过程,介绍了浮动式柔性防船撞设施与固定式复合材料防撞设施相结合的防船撞设计方案。该方案具有能有效吸收撞击能量,减小撞击力的优点,在有效地保护桥梁安全的情况下,能最大限度地降低对碰撞船只的损伤,对其他类似工程具有一定的参考作用。     

万州长江公路大桥防撞设施工程船撞工况研究

弧形水上升降式桥梁防撞装置为防止重庆万州长江公路大桥防船撞风险发生提供了有力保障,如何确定防撞设施工程船撞工况,是防撞设施设计的关键,对万州长江公路大桥防撞设施工程船撞工况进行了研究,给出了船撞工况的确定方法及结果,可供相关人员从事桥梁船撞设计时提供借鉴。     

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。     

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。     

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。     

地震-波浪耦合作用下考虑相位差影响的深水桥墩动力响应分析

跨海深水桥墩往往受到不可忽视的波浪作用,在设计时需考虑波浪力。在地震作用下,桥墩附近海域的波浪场受到地震动水压力的干扰,波浪作用也受到影响,桥墩的动力响应需考虑两者的耦合作用。另一方面,地震起振时,墩底处地震波的相位可简单视为0,而桥墩处的波浪相位可能在0~2π之间变化,地震与波浪之间的相位差将直接影响波浪作用的大小,进而影响地震-波浪耦合作用。为了研究地震-波浪对深水桥墩的动力耦合作用,并考虑相位差对桥墩动力响应的影响,采用有限元分析软件ADINA建立的组合桥墩的精细化模型及桥墩附近水体的势流体单元模型,以模拟流固耦合作用;分别进行了地震单独作用下、波浪单独作用下以及地震-波浪耦合作用下桥墩的动力响应分析,并考虑了地震动、波高及地震与波浪之间相位差的不同。研究结果表明：地震与波浪间的耦合作用不能忽略,其对桥墩上总动水压力的影响在15%左右;地震与波浪之间的相位差对桥墩动力响应影响显著,当相位差在0~2π之间变化时,最大响应幅值变化接近54%;最不利相位差的取值与地震频率、桥墩水下基频和结构形式密切相关。利用MATLAB软件,提出了最不利相位差的计算方法及其适用条件;提出了耦合作用折算系数,以简化最大动力响应幅值的计算,推动实际工程应用。     

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。     

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。     

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。     

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。     

初始偏位梁式桥墩柱力学性能分析

对于中小跨径梁式桥,墩高较大且墩柱数量较多,施工过程中墩柱偏位现象时有发生。围绕墩柱初始偏位,归纳墩柱偏位出现类型,分析其内力分布特征,并以某墩柱偏位超限高墩连续梁桥为例,建立全桥杆系结构与墩柱实体结构有限元模型,分析墩柱偏位超限对主梁、墩柱的内力、变形及稳定性的影响。结果表明:从理论上,墩位偏位后将产生附加的弯矩、剪力和轴力,放大墩柱的压弯剪作用,改变墩位的受力状态,甚至使最大弯矩出现位置发生改变;文中实例属于缺陷墩,但桥梁结构的固有频率、屈曲模态、地震响应特性、主梁的内力及变形无明显变化。形成缺陷墩后,墩柱最大弯矩略有增加,钢筯压应力值有所增大,而钢筋拉应力及混凝土主拉应力均无明显变化。