基于多源信息融合的高等级航道桥梁主动防船撞系统

随着陆上交通基础设施的不断完善和水运工程的飞速发展,跨河桥梁的数量在逐渐增加,船舶与桥梁相撞的风险也相应提升。为消除船舶碰撞桥梁尤其是高等级航道桥梁的安全隐患,应建立对危险船舶进行甄别、预警及干预的主动防船撞系统。由于单一信息源的主动防船撞系统往往存在一定缺陷,本文旨在利用自动识别系统、甚高频、船舶身份识别与轨迹传感器等技术,构建基于多源信息融合的碰撞风险预警模块,从而推动智能航道的发展。     

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。     

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。     

内河航道桥梁通航安全风险分析及隐患治理实施体系

为解决内河航道船撞桥事故高发的难题,对船、桥、环境等3类客观影响因素进行深入分析,确定桥梁通航安全主要影响因素。通过对航道、水域片区通航环境的综合分析,提出有针对性的整改措施,并建立风险分析及隐患治理实施体系。针对高风险桥梁,建议增设独立防撞桩或主动预警系统,可有效防止船舶碰撞桥梁;针对中风险桥梁,建议增设柔性复合材料防护设施,可在船舶碰撞桥梁时吸收能量,减轻碰撞造成的损失;针对低风险桥梁,建议完善标志标牌,通过设置清晰的标志标牌,提醒船舶驾驶员注意桥梁位置和通航限制,降低船舶碰撞桥梁的风险。该体系充分考虑航道、水域片区的实际情况,采取多种措施综合治理船撞桥隐患,可有效提高整治效果。通过实施这一风险分析及实施体系,可有效降低船撞桥事故的发生,提高航道安全水平。     

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。     

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...     

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。     

基于模糊逻辑的船撞桥风险预警方法

为实现船舶碰撞桥梁前的安全预警及船舶过桥行为的改进,提出一种基于模糊逻辑的船撞桥安全预警模型。通过构建并分析船撞桥情景,确定船撞桥的风险因素,并根据理论分析和统计数据对影响因素进行模糊化处理,建立船撞桥模糊推理规则库和模糊推理机,去模糊化获取船撞桥风险。应用船舶通过港珠澳大桥江海直达航道桥为例,对船撞桥风险进行验证,结果表明该方法能够很好地实现船撞桥安全预警。该预警模型可作为船舶智能航行的重要组成部分,也可供海事部门用于船舶航行的安全监管工作。     

基于全耦合技术的船体结构碰撞性能研究

由于船舶碰撞问题的复杂性,通常是将船舶碰撞的外部机理与内部机理分开研究。作者基于“全耦合”分析技术,建立撞击船与被撞船整船模型,成功解决了船体与流场、撞击船与被撞船的耦合。此外,考虑撞击船与被撞船同步损伤,将内部机理同外部机理同步分析。通过数值仿真计算,分析了碰撞后撞击船与被撞船的运动、能量转化以及碰撞力、损伤变形及各构件的吸能情况。另外,开展多种碰撞工况计算研究,得出了便于工程应用的极限撞速曲线,为后续的船舶碰撞研究提供了技术支撑。     

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。     

水域桥梁半固定桩式自适应恒阻力船舶拦截技术的研究

随着河海航运量加大与船舶吨位和航速的增加,以及河海桥梁的大量兴建,船舶碰撞桥梁的机率越来越大。一旦船桥相撞,严重时不但将造成船毁人亡,桥梁倒塌等重大事故,经济损失巨大。2007年,交通运输部发文《关于开展防船舶碰撞防泄漏专项整治活动的通知》(交海发[2007]304号),要求针对桥梁、管缆、闸坝、取水口等跨海(河)、穿海(河)水上水下建构筑物和设施要做好防撞设施。本研究是基于已发展的全浮式自适应恒阻力船舶拦截技术,发展一种新型的半固定桩式自适应恒阻力船舶拦截技术,对原有技术进行优化和进一步发展,并通过数值模拟及实验分析,确定该新技术在实际中的应用。     

基于模糊网络分析法的大桥船撞风险评价

为进一步提高船舶桥区通航的安全性,识别影响桥区水域船舶航行的风险因素,利用模糊网络分析法对船舶在桥区水域航行的风险进行测算。并以上海港辖区大桥船撞的安全性为例,从"人-船-环境-管理-桥梁"五个方面对上海港辖区大桥船撞风险进行评价,得出了上海港辖区大桥船撞的风险值,并总结影响大桥船撞的主要因素,最后提出相应的改善建议与措施,为船舶在桥区航行提供参考和借鉴。     

楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究

船舶遭受其他船船舶撞击会引起严重的后果,典型撞击船船首形式有球鼻首和楔形首,而目前对楔形首撞击下船体结构的耐撞性研究涉及较少。此外,双壳船体结构形式可提升船舶的碰撞安全性。因此,本文开展楔形首撞击下船体双壳结构的耐撞性研究。设计了双壳结构模型试件和楔形首撞头,开展了准静态压载试验。同时开展数值模拟,准确模拟了双壳结构完整损伤过程的撞击力-撞深曲线和最终破坏形式。研究结果表明:楔形首撞击下双壳结构外壳板和内壳板的损伤模式有区别;与内壳板相比,外壳板因撕裂作用能吸收更多的能量;外壳板与隔板间的耦合作用较小。本文研究成果可为船体双壳结构的耐撞性设计和评估提供技术支持。     

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。     

船舶碰撞损伤影响因素研究综述

为减少船舶碰撞损伤的影响、增强船舶航行安全性、保护水面环境，船舶碰撞损伤影响因素受到关注。该文从撞击船首、被撞船舷结构以及两船的相对运动状态等3个方面对船舶碰撞损伤主要影响因素进行综述。从优化船首设计、增强船舷结构强度和驾驶船舶应急操作3个角度阐述减少船舶碰撞损伤的对策建议，指出其中存在的不足，并提出下一步船舶碰撞损伤研究展望：协调缓冲船首刚度与变形度、提高船舶耐撞性与增加船体结构质量，及应急操作与舵手能力不足之间的相互关系。     

内河航道桥梁船撞时船体最大变形量研究

目前在桥梁船撞防护的专项设计或船撞力专题研究中,对船舶撞击力的研究和桥梁在船舶撞击作用下的响应关注较多,而对船体最大变形量的研究较少。基于ANSYSLS-DYNA软件,对4种不同载质量的内河代表船舶在3种航速、2种碰撞角度下撞击4种墩型的船撞工况进行数值模拟,提取船体最大变形量,并分析船体最大变形量与船舶载质量、撞击速度、桥墩类型及撞击角度的关联性,同时与经验公式做对比。研究结果表明,撞击速度及撞击角度是船体最大变形量的主要控制因素,桥墩类型与之关系不明显。     

西江（界首至肇庆）航道扩能升级工程对桥梁防船舶碰撞问题的研究

西江是广东省内河航运的主干线,经过10年来的整治和.发展,西江航运干线广东段,水运量增长了近5倍,已超过原内河Ⅱ级航道设计通过能力13亿吨。为充分发挥西江在航运中的作用,广东省委省政府于2014年决定启动西江界首至肇庆段航道扩能升级工程,将航道等级从通航2000t级船舶升级至通航3000t级船舶。航道等级的提升以及船舶吨位的大型化,也增加了船舶在水域航行时碰撞桥梁的安全风险,因此,研究西江已有桥梁的通航安全问题,并提出防船撞处理方案十分必要。     

基于视频检测的船舶异常航迹模型及实验分析

水运交通的发展和桥梁的增多,导致船桥相撞事故的增多,同时现有的船舶交通管理系统及被动防船撞装置在内河通航桥梁防撞上具有一定的局限性,而基于视频监控的主动防船撞预警系统则可以更为有效的进行早期预警。因此本文提出了基于视频检测的桥区内河航道船舶异常航迹模型,分析船舶航速、能见度、运动方向、船队大小、船舶领域、风力、浪高和人为因素等8个指标信息,从而判断船舶航行的异常与否,并实时给出预警信号来避免船撞桥事故的发生。经实验及性能分析,验证了该模型具有较高的准确性,可有效的获取船舶异常航迹,用于主动告警决策。     

内河船舶防碰撞的预警系统研究

针对船舶在内河水域航行时面临的复杂环境,经常导致船舶碰撞桥梁、碍航物等,提出以建立内河船舶防碰撞预警系统,保证船舶更好地通过桥梁、碍航物、会遇船等的构想,探讨了内河船舶防碰撞预警工作原理、流程、特性和作用等。     

基于不同形式和刚度撞击船艏的舷侧结构碰撞性能研究

为了研究撞击船艏形状及刚度对碰撞历程损伤变形产生的影响,利用数值仿真软件MSC/Dytran,对不同形式及刚度的球艏型船艏撞击下被撞船舷侧结构的碰撞性能进行了定量的分析研究.结果表明:船艏形式及刚度对船舶碰撞安全性会产生影响,撞击船艏部与被撞船舷侧的接触面积越大,舷侧结构吸能越多,其碰撞安全性也就越好.考虑实际船艏结构刚度的影响可以提高极限撞深,从而增加舷侧各构件的吸能效果,对舷侧结构的碰撞安全性有利.