桥墩大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支持。     

船桥碰撞数值模拟方法研究

数值仿真是进行船桥碰撞研究的一种重要方法,先对船桥碰撞数值模拟中涉及到的材料本构模型、网格划分、流固耦合作用及其简化、摩擦作用和桩土相互作用等五个方面的问题进行了总结归纳,并给出了某桥梁船撞问题的分析实例,最后对船桥碰撞数值模拟技术的发展做出展望。     

铜陵长江公铁两用大桥主桥塔船舶撞击力研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对船桥碰撞进行了数值模拟,分析了船身刚度对最大撞击力的影响,讨论了不同水位、不同角度以及船头不同碰撞部位对船撞力的影响,研究结果表明:船身刚度变化对撞击力的影响显著,需讨论确定,船头鼻艏直接撞击承台的撞击力比船尖首先撞击承台时的大,实际中应考虑不同碰撞部位的影响。     

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。     

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.     

武汉鹦鹉洲长江大桥中塔墩防船撞装置研究

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为(200+2×850+200)m三塔四跨钢-混结合梁悬索桥,中塔墩提出采用自浮式筒形复合材料防撞装置,以减小桥墩的船撞风险。为研究该防撞装置的破坏模式及防撞效果,制作了4个缩尺比为1∶8的防撞装置试件进行准静态侧压试验,并采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对船桥的碰撞过程进行数值模拟。结果表明:在准静态侧压下,防撞装置的内面层层间剥离、外面层与泡沫剥离,内、外面层纤维均断裂;纵向格构层间剥离并屈曲破坏,降低格构间距可提高结构的弹性极限承载力和初始刚度;防撞装置可以降低船舶撞击力,延长撞击时间;船艏结构撞击后变形明显减少,应力降低。该防撞装置具有良好的防撞保护效果,能有效地降低船桥碰撞过程中桥梁和船舶的损伤。     

基于系统刚度的附着式防船撞设施简化动力分析方法研究

船桥碰撞问题可简化为单自由度质量-弹簧体系,在此基础上提出了基于"系统刚度"的简化动力分析方法,将船、防撞设施、桥三者简化为双自由度质量-弹簧体系,采用等效模型进行数值模拟来分析防撞设施与船艏的相对刚度对撞击力折减率、防撞设施整体压缩率的影响规律,所得结论对防撞设施设计具有一定的指导意义。     

薄壁桥墩防撞浮箱的设计与仿真

介绍了薄壁桥墩钢防撞浮箱的设计要点,并基于ANSYS/LS-DYNA软件,演示了1艘500 t级驳船与浮箱碰撞的数值仿真计算过程,分析了撞击力、能量转换的规律和特点,并与不设浮箱时的船桥碰撞结果作对比,以评价浮箱的防护性能,从而为同类桥梁的维护提供技术和理论上的支持。     

英德浈阳大桥船舶撞击力标准值比较研究

由于现行各船撞力经验公式计算的结果差异较大、设计值不统一,而无法直接应用于桥梁的防撞设计,因而必须结合有限元仿真计算,并综合考虑船桥碰撞各因素来确定。该文借助Ansys/LS-DYNA非线性有限元分析软件,对英德浈阳大桥进行船撞数值模拟,计算了不同工况下的撞击力,讨论了不同水位、不同角度以及船头不同碰撞部位对船撞力的影响。并将数值模拟得到的船撞力和国内外规范经验公式的计算结果进行比较分析,进而确定该桥船舶撞击力的标准取值。     

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。     

桥梁遭受船舶撞击的有限元仿真分析

桥梁在船舶碰撞时受到的动力荷载是复杂的动力非线性问题,近代非线性有限元技术为该问题提供了有效的工具。文中简述了该技术的基本原理,运用ANsYs／LS—DYNA对一艘10000t船和桥梁的碰撞进行了模拟,并建立了3个不同的桥墩有限元模型,从碰撞力、桥墩应力、变形等不同角度分析了不同的建模方式对碰撞结果的影响。结果表明,3种模型的计算结果具有较好的一致性,可以满足一般的工程精度要求。     

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。     

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。     

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

桥墩遭受船舶撞击的数值模拟法及其动态响应的研究

桥梁防撞结构的设计需要研究桥梁遭受船舶撞击时的动态响应并获得准确的碰撞力.运用LS-DYNA软件建立了1座分离式桥墩模型和1艘3 000 t级的散货船模型来模拟船桥碰撞的过程.为了考虑流体在碰撞过程中的作用,计算时分别以不考虑流体影响、附加质量和流构耦合3种计算模型来分析、比较流体对船桥碰撞响应的影响,并得出以下结论:不同的计算模型的系统能量变化和船舶碰撞力基本一致,流体的存在对碰撞力的影响较小;桥墩的水平位移响应要滞后承台约0.2s,附加质量模型的桥墩和承台水平位移比其余2种模型要略大;附加质量模型的计算结果与流构耦合模型的计算结果基本一致,但附加质量模型具有更高的计算效率,其计算用时仅为流构耦合模型用时的2/5.      

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。     

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。     

株洲清水塘大桥双层钢桁拱桥下部结构设计

本文结合株洲清水塘双层桁架拱桥工程,详细分析讨论了主桥下部结构的设计要点,在水位落差大、阻水率要求高、船舶撞击作用、外形景观美观、拱桥施工工艺等外部条件限制下,对桥墩桩基承台布置、受力模式、构造细节等进行了深入研究,介绍了设计的方法和内容,总结归纳了特大跨径跨江桥梁下部结构设计经验。     

深水桥梁结构的地震反应分析

南水北调工程丹江口二桥主桥为四跨预应力混凝土变截面连续箱粱,其2号主墩基础入水深度超过40 m,在动力荷载作用下水对该类结构的动力特性和地震反应的影响不可忽略。以丹江口二桥为例,用有限元程序ANSYS建立了该桥的有限元模型,模拟了该桥的动力特性和地震反应,利用分析结果探讨了水对该桥动力特性的影响。输入地震波后,由于水的附加质量引起的惯性力和动水阻力的影响,结构的位移和内力较之不考虑水的情况会有所增加,但由于桩质点运动的速度和加速度较小,导致附加质量引起惯性力和动水阻力较小,所以给结构带来的影响较小。分析结果为同类结构的抗震分析提供了参考。