船舶操纵运动数值模拟在桥梁通航孔布设中的应用研究*

布设于通航水域中的桥墩可能会对桥区河段通航安全产生较大影响,因此对桥位河段的通航情况及通航净空尺度展开分析研究十分必要。目前，桥梁的通航论证研究主要包括水流流速、流向、通航净空高度和和通航净空宽度，而对代表船舶通过设计通航孔时的船舶航行姿态研究甚少。在平面二维水流数学模型基础上，开发建立船舶操纵运动数学模型，通过模拟计算代表船舶通过桥区的航行姿态和航行参数，包括艏向角、舵角、漂角及航速等，结果表明可较好模拟在不同水文组合条件和不同通航孔条件下，船舶通过桥区水域的操控及航行条件。     

航道边线与桥墩之间安全距离的研究

合理地确定通航桥梁的最小净空宽度,保证船队航行和桥梁安全,是桥梁建设和航道建设均应重视的问题。文章提出了计算通航桥孔宽度的计算公式。当桥梁轴线的法线方向与水流方向的偏角超过5°时,通航桥孔净空宽度应在一般航道宽度的基础上增加考虑水流产生的船舶横向漂移,并在桥墩和航道边线之间留有足够的安全距离。利用PIV技术,获得桥墩周围流场的准确信息,从水流紊动的角度,提出了安全距离的确定方法。     

山区河流复杂桥群河段通航水域研究

城区段大型山区河流受两岸城市规划、行洪、征地等多因素限制,新建跨河桥梁线路选择较为困难;此外还存在已建跨临河建筑物较多且修建年代并不一致,形成复杂的桥群河段且各桥梁的通航技术标准各异的情况。采用平面二维水流数学模型对拟建大桥所在桥群河段水动力条件、有效通航水域范围进行分析研究,同时结合船舶操纵模拟试验对拟建大桥修建后的桥墩布置情况、船舶航行通过桥群河段的安全性进行研究。结果表明,经过工程措施后,桥区河段的通航水流条件得到改善,拟建大桥船撞概率极小,桥群河段确定的通航水域是合理的。     

基于船舶领域的桥区水域范围划定方法*

桥梁布设在通航水域的桥墩以及通航孔在一定程度上限制了船舶的航行，划定桥区水域对指导船舶安全航行具有重要意义。通过梳理当前桥区水域法规中船舶航行限制，分析划定桥区水域的影响因素；以桥梁涉水桥墩对航道内在航船舶的影响为依据，基于船舶领域理论设计了桥区水域宽度和纵向长度计算方法，可依据桥梁特点及航道水域特征对桥区水域进行划定，实现桥区水域划定的一桥一策；利用该方法对长江某大桥的桥区水域进行划定。结果表明，与传统桥区水域划定方法相比，该划定方法能够在保障船舶桥区航行安全的基础上，减少对航道内正常航行船舶的约束，同时可避免岸线资源的浪费。     

万州长江公路大桥防撞设施工程通航论证*

三峡水库175 m蓄水后,万州长江公路大桥两端部分拱圈及立柱被淹没。一旦船舶失控或走偏航道碰撞拱圈和立柱,极易导致拱桥垮塌,引发极为恶劣的安全事故。针对大桥现状,创新提出了弧形水上升降式桥梁防撞装置,该装置能对拱桥易撞部位进行区域式防护,并能随水位变化而自动升降。主要通过物理模型试验并结合相关数值模拟分析拟建防撞工程建成后对桥区河段河床演变、通航净空尺度、通航水流条件以及船舶航行条件等的影响。     

船撞效应分析在船舶碰撞桥梁隐患治理中的应用

随着长江下游航道条件的改善,船舶大型化发展、船舶流量增加,通航桥孔桥墩防撞要求提高,有些已建老桥抗撞能力不足,需增加防撞设施。采用经验公式计算法和有限元瞬态动力分析法,计算分析了桥墩增加防撞装置后多个典型工况下的船撞力,对设计的防撞设施的消能效果进行评估,对极限工况进行辨别,并提出了桥梁运营管理的综合施策建议,为类似老桥增设防撞装置提供借鉴。     

浅议弯曲河段桥区航道整治措施

水上运输具有运量大、成本低和能耗小的优点,然而桥梁的不断兴建,对船舶航行造成一定的影响,特别是处于弯曲河段内的桥区航道,由于桥区河段水流与桥轴线法线夹角、航线流速较大、通航净宽不足等原因,常导致船舶撞击桥墩等海损事故的发生,同时由于弯道的演变也会对桥区航道维护产生不利的影响;研究此类桥梁碍航问题具有重要的工程现实意义。本文结合工程实际,研究弯曲河道桥区河段桥梁碍航成因,提出整治方法与整治措施,可供类似工程参考。     

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。     

倒运海水道整治工程斗朗—川槎大桥段实船适航试验

为验证倒运海水道整治工程是否达到整治标准的通航要求,选取斗朗—川槎大桥段作为实船试验河段,采用该航段设计船型500吨级满载船作为试航船,进行实船适航试验。测量试验河段的水深地形、表面流速流向、航标配布和水位,试验船舶沿设计航线进行上下水航行,实时测量试航船舶航行轨迹、对岸航速、舵角、漂角、船舶与河岸之间的安全距离等航行指标及航行状态,并结合通航规范及标准,对整治后航道技术参数的合理性、航标配布的合理性等进行分析评价。结果表明,本试验航段的整治效果达到了整治标准的通航要求。研究成果可为类似工程提供参考。     

深水海域非通航孔桥梁防撞数值模拟

结合深水海域桥梁的防撞研究特点,依据桥区环境特点及非通航孔的防撞要求,有针对性地提出适合深水海域桥梁的防撞方案,考虑采用小水线面浮式拦截系泊体系来保护大桥的非通航孔桥墩。该防撞体系具有更好的耐波性和对恶劣海况的适应性,采用数值模拟计算与物理模型试验相结合的方法分析深水海域桥梁的防撞问题,分析体系的环境适应性,并研究该体系在船舶撞击下的有效性。通过比较分析发现,数值模拟计算结果与物理模型试验数据基本吻合,可确保深水海域桥梁非通航孔防撞方案设计的可行性,为在实际工程中应用提供技术储备。