柔性防撞设施与加固措施在老桥防护中的应用

随着航道等级提升、船舶大型化发展,老桥防撞设计及防撞设施的配布引起越来越多人的关注。探讨如何充分利用老桥的结构特点,采取加固措施与防护设施同步设计的方法,使得船撞可能性较大且本体抗撞能力不足的桥梁达到抗撞等级要求,为类似桥梁提供参考。     

桥梁浮式防撞设施的研究

近年来随着航道等级的提升,设计通航船舶尺度增大,要求的通航净空尺度增加,桥区通航水域条件发生显著变化,桥梁存在船撞风险,需实施防撞设施工程对存在风险的桥梁进行防撞保护,因此,针对桥墩防撞设施的研究就显的尤为重要。本文提出桥梁浮式防撞设施,并采用有限元数值模拟技术研究其防撞效果,研究表明其具备较好的防撞效果,满足"大撞可防"的防撞性能要求。     

转筒式防撞设施防船撞性能研究

为探究转筒式防撞设施的防船撞性能,本文采用PATRAN软件建立转筒式防撞设施及船舶的精细化数值计算模型,并采用LS-DYNA软件进行显式动力响应分析,研究了船舶吨位、撞击速度及碰撞角度对三种材料形式的转筒式防撞套箱防船撞性能的影响。结果表明:复合材料套箱在船撞力折减效果及船艏保护方面的性能要显著优于钢套箱和钢-复合材料套箱;对于不同吨位、速度的船舶撞击,船舶吨位越大、速度越快,三种材料形式的防撞套箱均表现出更好的防船撞性能;碰撞结束后,正撞计算工况的船舶初始动能全部转化为其它形式的能量,而15°和30°斜撞计算工况仍有40%～50%的初始动能停留在船舶上,碰撞结束后船舶可继续航行。     

京港澳高速沙河大桥桥墩抗船撞能力评估及防撞设施方案研究

随着河南省沙颍河逍遥至漯河段航运开发工程的推进,航道通航等级提升为IV级,通航船舶吨位和数量的增多对既有桥梁的安全构成严重的影响。本文以京港澳高速沙河大桥3#-4#桥墩为研究对象,通过瞬态动力学防撞分析,确定大桥设防船撞力为4.6MN。进而根据相关设计规范,通过核算桥墩截面实际能承受的水平撞击力,确定了该大桥在500吨级船舶撞击下自身抗撞能力不足。根据桥墩结构和通航桥区情况,设计了自浮式钢覆复合材料防撞设施,通过有限元防撞校核表明,安装防撞设施后船舶撞击力下降至3.4MN,可有效提高桥墩自身抗撞能力,从而有效保证桥墩结构安全。     

AASHTO概率模型在船桥碰撞风险评估中的应用

近年来随着航道等级的提升,设计通航船舶尺度增大,要求的通航净空尺度增加,桥区通航水域条件发生显著变化。桥梁存在船撞风险,需对船撞桥梁风险实施评估、为实施防撞设施工程提供依据。国内外因船舶撞击而导致桥梁垮塌或严重破坏的事故逐渐增多,平均每年就有一座大型桥梁因为船舶撞击而遭受严重破坏甚至倒塌。北江航道乌石至三水河口航段经整治由Ⅳ级提升为Ⅲ级后,桥梁存在船撞风险。以船撞桥概率模型(AASHTO)为研究方法,分析了整治河段清远北江二桥参数对船撞桥概率的影响,计算了船舶撞击桥梁各涉水桥墩的年撞击概率,确定了存在较大船撞风险的桥梁与涉水桥墩,建立了船撞桥损伤概率模型,分析桥梁各部位抗撞能力、桥梁各部位船舶撞击力及各部位的年撞击频率,得出通航孔桥墩的年撞击倒塌频率。     

新型三桩式防撞设施的数值模拟分析

针对目前通航河道上船舶撞桥事故频发,而桥梁往往缺乏有效防撞设施的现状,提出新型三桩式桥梁防撞设施的设计方案.三桩式桥梁防撞设施具有占地少、造价低和吸能效果明显等优点,能够满足运河桥墩防撞的要求.根据船舶与桥梁碰撞的相关理论,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟船舶与三桩式防撞设施的碰撞作用,深入分析和评估...     

上海内河跨航道桥梁防撞设施分析

针对上海内河跨航道桥梁水上防撞设施,对桥梁防撞体系、船撞力计算方法进行论述,结合内河跨航道桥梁自身特点和最新防撞理念,对适合内河跨航道桥梁的防撞方案和设施进行分析。结果表明:适合上海内河跨航道桥梁水上防撞的防撞设施主要有固定或浮式防撞装置和桩基防撞墩两种类型,若这两种类型防撞设施不具有施工条件,一般采用小规格缓冲材料对桥墩进行防护;对于与黄浦江直接连通的支流桥梁,除小规格缓冲材料,一般采用防护桩。     

山区涉河桥墩布设防撞装置对通航的影响*

为研究山区河流桥梁布设防撞装置对于通航的影响，采用二维物理模型试验的方法，利用运动船舶受力偏离航线的原理，通过对船舶艏向角θ、漂角β等船舶航行参数的分析，研究桥梁与水流存在交角的情况下布设防撞装置对船舶航行的影响；通过设置多条航线，探究船舶航行时与桥墩的的安全距离。试验结果表明：山区河流涉河桥墩布设防撞装置对于船舶航行的影响远大于裸墩，且尖艏型防撞装置对航行船舶的影响大于圆艏型；山区河流涉河桥墩或防撞装置与水流的交角越大，船舶的偏转幅度越大，其中0°～10°变化趋势较为明显。通过多组航线航行试验发现，航线越靠近桥墩，船舶受到的影响越大，当航线与桥墩的距离达到3W时，这一影响达到峰值。所得结果可以为山区河流桥梁通航安全的研究及防撞装置的研发提供参考。     

深水航道桥梁防船撞方法

针对5万～10万吨级船舶在长江下游航道、珠江口伶仃洋航道、虎门航道、湛江港航道、象山港航道及一些沿海港湾和岛屿之间航道航行时遇到的"桥梁防船撞"问题,概括30年来航道桥梁防船撞方法研究可以得出以下结论:若水深较浅或有礁石可利用,则选择间接式桥梁防撞装置;若水深较深,则选择直接式桥梁防撞装置。已研发出的采用钢丝绳防撞圈支撑外钢围的柔性防船撞装置属于直接式桥梁防撞装置,与以往的同类装置相比,该装置能降低传到桥墩的船撞力,成倍提高桥墩的抗撞能力,在保护桥梁的同时保护船。该装置可长期使用,且不会破坏航道,已在能通行5万吨级船舶的湛江海湾大桥和象山港大桥等桥梁上得到应用。     

桥梁防撞研究技术与方法

针对桥梁防撞研究这一工程界的热点问题，概述了桥梁防撞研究的一般方法和思路，简述了船一桥碰撞力学的计算方法和船撞桥的风险概率分析方法，同时结合上海长江大桥工程，对主通航孔桥墩进行了防撞力标准和防撞方案研究。利用非线性有限元分析技术，对桥墩设计的防撞方案进行了性能分析，验证了防撞设施的有效性。     

计算船撞力选择撞击速度时考虑墩位流速的方法

进行桥墩防撞设计时,船舶撞击速度是计算船撞力的重要参数之一,它直接影响到船撞力的大小和桥梁的设防标准。本文在分析各国船舶撞击桥墩的速度选取方法的基础上,研究了实际发生船撞时的速度和船舶偏航时船撞速度沿横向的变化趋势,指出了目前世界各国使用的5种方法存在的不足,提出了考虑船撞速度沿桥轴线方向的分布及船舶意外失速等因素综合影响下的撞击速度的计算方法。通过在安庆长江铁路大桥船撞研究中的应用实例,说明按照各桥墩所在位置选取的不同撞击速度计算船撞力的方法较为合理,可作为防船撞研究和设计的参考。     

转动式桥墩防撞装置设计探讨

船舶碰撞桥梁可能会导致船舶沉没、大桥坍塌等重大事故。在碰撞事故不可避免的情况下,给桥墩装设防碰撞装置以降低船舶碰撞桥梁造成的危害。文中从动量、能量转化的角度分析船舶撞桥的过程,提出了转动式桥墩防撞装置的设想。理论上这种装置能化解船舶的大部分撞击能量,最大限度降低最大撞击力,达到保护桥梁和船舶的目的。     

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。     

嘉绍大桥主墩防撞设施结构方案研究

以嘉绍大桥主墩的防撞设计为背景,比较了浮式消能防撞钢套箱和固定式消能防撞钢套箱2种桥墩防船撞方案。由于固定式套箱方案具有自身强度好、适应恶劣水文条件能力强、阻水面积小、防撞效果好和经济实用等特点,最后选作嘉绍大桥最佳防船撞方案。利用有限元分析技术对桥墩设计防撞方案进行了防撞性能分析,验证了防撞设施的有效性,为类似工程防...     

水平冲击下防撞装置的试验及有限元研究

采用试验及有限元模拟的方法对格构增强复合材料桥梁防撞装置的水平抗冲击性能进行研究。首先,根据桥墩的实际形状选择合适的缩比尺寸制作了桥墩及防撞装置模型,并进行水平冲击试验。其次,研究有无防撞装置及防撞装置中横向格构间距对船舶撞击力峰值的影响,并利用LS-DYNA软件进行有限元模拟。最后,将有限元结果与试验结果进行对比。结果表明:该防撞装置有效减小了冲击过程中的撞击力峰值及桥墩位移,且有限元模拟结果与试验结果吻合良好。     

防御船撞桥的桥墩防撞装置

桥是跨航道的重要通道，桥墩是航道中的障碍物，由于自然和人为条件的多变，出现船撞桥墩的事故。历史上有大承台、人工岛等行之有效的防撞设施，长期保护了桥；后来出现木栅、钢链和浮舟等设施，希望除了保护桥之外也保护船，但这些设施比较易坏。人们进一步要求桥、船和防撞设施三者都不坏(简称三不坏)，这样就出现了会后退的外刚内柔的三不坏防撞装置。     

船桥碰撞问题的有限元仿真分析

运用LS-DYNA有限元软件,对5 000 t级的代表船型与某长江大桥1#墩及防撞装置的碰撞过程进行整体仿真,分别对不考虑桥墩自身刚度影响和考虑桥墩自身刚度影响两种工况下不同板厚的桥梁防撞装置的防撞吸能特性进行对比分析。主要从碰撞过程中的撞击力和能量转换的规律等方面考察桥墩自身的刚度对防撞装置在实际碰撞过程中防撞性能的影响,以及在分析此类问题时通常所使用的简化计算模型是否有足够的精确度,从而保证有限元仿真分析数据的可靠性。     

船舶抗碰撞性能研究

船舶在海上航行时,存在与其他船舶发生主动或被动碰撞的风险。为准确评估船舶的耐撞性能,以某船为例,考虑多种计算工况,对目标船的耐撞性能进行动态响应计算,获得机舱及艏部区域的结构损伤、应力、能量吸收等动态结构响应,并计算获得被撞船达到临界状态时的极限撞击速度。研究成果可为船舶的防撞结构设计提供参考。     

桥梁防撞工程独立防撞设施的研究

近年来随着航道等级的提升,设计通航船舶尺度增大,要求的通航净空尺度增加,桥区通航水域条件发生显著变化,桥梁存在船撞风险,需实施防撞设施工程对存在船撞风险的桥梁进行防撞保护。本文提出了集中式和围栏式两种独立防撞设施,以有限元数值技术为研究方法,通过船舶撞击水上防撞浮态的物理模型实验对有限元碰撞模型进行验证与修正,在验证有效性的基础上研究两种独立防撞设施的防撞效果。研究表明碰撞后集中式和围栏式防撞群桩的整体变形量都较大,其中集中式群桩混凝土的应力远远超出了标准值,且钢筋大部分区域已进入屈服,但距离抗拉强度还有一定距离,说明其仍对船舶成功进行了拦截,而围栏式群桩只有部分混凝土的应力超出了标准值,钢筋大部分仍然处在弹性阶段,未进入到屈服甚至抗拉极限。     

桥梁上部结构防船撞研究

船舶撞击桥梁上部结构是船撞桥事故模式之一,其撞击特性与撞击桥墩特性相比有所不同。现着重研究了船舶撞击桥梁上部结构的风险分析、撞击力、防撞保护等技术问题,并提出设置警示设施、AIS系统建设、拦截、红外线监测、警戒等防护措施,供通航安全部门参考。