桥墩抗船撞击性能研究

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。首先阐述了船桥碰撞常用的研究方法,同时简要介绍了数值模拟方法的基本原理。用非线性有限元程序LS-DANA对一艘5万t实船与桥梁的碰撞过程进行了仿真分析,研究了有、无防撞装置对桥梁冲击性能的影响,结果表明柔性防撞装置既能保护桥墩又保护了船的安全,计算结果为工程设计提供了有价值的数据。     

高烈度地震山区桥梁抗震设计研究

以高烈度地震山区桥梁--栗子树特大桥为研究对象,从桥型方案设计和桥墩构造选型2个方面进行了桥梁抗震概念设计;运用SAP2000有限元程序,建立了桥梁的空间有限元模型,分别进行动力特性和反应谱分析,并建立非线性模型进行非线性时程分析;确定了各桥墩钢筋配筋率,选取了合理的减、隔震措施,提出了对高烈度山区桥梁抗震设计的建议.     

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。     

考虑桩土作用的船桥碰撞动力性能及影响因素分析

为了解桩土作用下船桥碰撞时桥墩的受力特性及影响因素,以南京长江三桥北主墩为背景,选取3类共5种桩土模型,采用ANSYS软件建立船桥有限元模型进行碰撞分析。研究不同桩土模型下的船桥碰撞动力性能差异、船舶航速和质量对桥墩船撞动力性能的影响,并比较采用相关经验公式和各国桥梁设计规范评估撞击力时的适用性。结果表明:当船舶航速和船舶质量较小时,3类桩土模型得到的撞击力差异不大;撞击力与船舶航速近似成线性函数关系,与船舶质量成幂函数关系;船桥碰撞动力性能随船舶航速和质量的增加而增大;经验公式与各国桥梁规范中,使用Knott公式计算撞击力较为准确,使用我国铁路桥涵设计规范会导致抗撞评估偏于不安全。     

桥墩防船撞消能器动力性能的数值仿真分析

利用显式瞬态非线性有限元分析技术,探索了船舶撞击桥墩防撞设施的数值仿真分析方法,分析中充分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。并借助于ANSYS/LS DYNA非线性有限元程序,仿真分析了洞头跨海大桥主桥桥墩的防撞消能器在各种船舶撞击下的动力性能,得到了不同的撞击角度、不同的初始动能下船舶的动能损失、撞击力时间历程及防撞消能器的能量吸收和变形的时间历程,并得到了它们之间的相互关系,为桥墩防撞消能器的优化设计提供了一些理论根据。     

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。     

城市跨线桥梁的车-桥墩碰撞模拟分析

近年来,随着经济社会的发展、城市化的推进,城市跨线桥梁的数量与日俱增,车辆撞击桥墩不再只是一个小概率事件。文中建立卡车撞击桥墩的精细有限元分析模型,采用通用显示动力分析程序LS-DYNA计算分析桥墩在不同质量卡车以不同速度撞击时的应力与位移;同时利用有限元软件ANSYS模拟分析桥墩在《铁路桥涵设计基本规范》和《公路桥涵设计通用规范》给出的汽车等效静力作用下的应力与位移,并与模型分析结果进行比较,结果显示,规范中与之相关的内容并不保守,在现实碰撞中可能导致严重破环。     

车撞作用下桥墩非线性损伤及加固措施研究

随着跨线桥梁及机动车辆的增加,因车撞而桥毁的事故越来越多。然而,相比桥梁抗震等方面的研究,桥梁车撞研究则开展较少,甚至至今仍然没有全面的规范可依。为此,该文采用非线性接触-碰撞有限元技术,较为真实地模拟车辆碰撞桥墩的过程,研究车撞下桥墩非线性损伤及加固措施。研究结果表明:外包钢管能够有效地提高墩柱的抗撞性能,显著降低车撞下墩柱的损伤。     

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     

桥墩防船舶撞击研究概述

近年来随着道路交通和航运事业的发展,桥梁日益增多,船舶吨位日益增大,船舶航速也越来越快,这将给桥梁的安全带来新的问题,因此桥墩防船舶撞击问题的研究具有明确的应用背景和实际意义.目前中、美、欧洲等国的设计规范均对桥墩防撞设计做出了相关规定,然而分析发现:各国规范仍大都采用简单的静力设计法,没有反映出船桥碰撞的冲击动力本质;近年来,船桥碰撞有限元分析技术在重大桥梁工程船撞设计专题研究中得到了越来越多的应用,但工程师使用则极为困难,很难推广至一般桥梁设计.鉴于此,从桥墩自身结构和桥墩防护结构两个方面对桥墩防船舶撞击研究进行了评述,指出了目前存在的主要问题并提出了相应的建议,并提出了船桥碰撞冲击动力学理论研究的三个设计因子以及相应设计流程.     

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。     

某桥受船舶撞击受力行为影响分析

该文以某预应力混凝土梁桥受船舶撞击的工程实例,采用简化模型、空间杆系有限元计算分析模型、空间实体有限元计算分析模型等三种计算模型分别评定船舶撞击对该桥受力行为的影响。针对桥梁受船舶撞击后,分步骤分析,为尽快通车,以及下一步是否需要对该桥梁进行加固设计提供依据。     

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。     

驳船-圆柱碰撞的修正半波正弦荷载模型

为建立考虑冲击效应的船撞实用荷载模型,建立6艘不同吨位驳船的有限元精细化模型,采用驳船撞击刚性圆柱模型,通过数值仿真得到252条不同速度和不同径宽比下的撞击力时程原始样本。通过对样本的观察与分析,提出采用修正半波正弦函数作为撞击力过程的近似荷载模型,并通过数理统计的方法确定具体模型参数,由此根据驳船吨位、撞击速度、撞击径宽比等因素直接确定撞击荷载曲线。基于简化模型推导过程,指出修正半波正弦荷载模型的3个误差来源,并以2座不同结构形式的桥梁为例进行动力反应计算分析。以驳船接触碰撞的动力响应为基准,分析简化荷载模型计算结果的准确性,并进一步讨论3个误差来源对荷载模型误差的贡献大小与误差机理。研究结果表明：模型参数取值的精度良好;2个算例的动力响应对比分析得出,提出的修正半波正弦荷载模型对于柔性及刚性的桥梁结构均有良好的整体计算精度,具有广泛的实际工程应用价值。     

基于接触理论与数值分析下复合墙体抵抗冲击力研究

在建筑复合隔墙墙体正常使用的过程中通常会受到外界物体的偶然碰撞,相互碰撞后所产生的冲击力会使墙体发生局部变形或产生应力集中现象从而影响墙体的整体稳定性、耐久性和使用性能。由于目前建筑复合隔墙墙体在抗冲击方面缺乏结构层面的计算方法,因此,为研究复合墙体在低速碰撞下抗冲击问题并分析该类型墙体在受到碰撞所产生的冲击力对其性能的影响,需要对现有理论进行系统分析,发现Hertz弹性碰撞理论是计算冲击力的有效方法之一,通过改进规范试验方法与简化计算模型方法模拟墙体受到低速碰撞的过程来研究冲击力大小,采用ABAQUS数值模拟低速碰撞下的复杂接触,对简化的碰撞模型与计算方式进行了有限元分析。研究结果表明:Hertz理论计算结果偏保守,考虑弹塑性计算的结果安全且更符合实际;在Hertz接触理论和Thornton弹塑性假设的基础上,对现有碰撞理论进行了优化分析,揭示了复合墙体碰撞机理和规律,建立了外物冲击复合墙体的简化计算模型;结合已有的假设推论对计算表达式进行了较为合理的推导,并提出了一种适应于隔墙设计的考虑弹塑性与模型修正参数的最大冲击力理论计算公式;有限元模拟结果与理论计算结果能较好吻合,验证了ABAQUS有限元复合墙体模型的正确性,证实了冲击力理论计算式的有效性。     

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。     

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。