基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力-修正系数

针对基于碰撞数值模拟的桥梁设计船撞力的基本公式,提出根据桥墩几何因素修正设计船撞力的设想。采用碰撞数值模拟技术对船撞承台进行详细计算,深入研究等效静力船撞力与承台几何形状的关系,得出等效船撞力的桥墩几何修正系数计算公式,并对桥梁设计船撞力的基本公式进行修正。     

安海湾特大桥船撞力评估及防撞方案研究

船撞桥事故常有发生,准确预测船舶撞击下桥墩受力对评估桥梁结构船撞性能及进行合理的防撞结构设计具有重要意义。基于非线性有限元方法,分析了安海湾特大桥主桥墩柱在500～6 000 t位范围内6个吨位等级船舶5个撞击速度的接触界面力时程特征,对比论证了现有规范船舶撞击力简化公式的有效性;对安装浮动式柔性防撞装置的大桥主墩开展3 000 t级船舶正撞和侧撞两个场景瞬态动力仿真分析,从接触界面力峰值和冲击持时评价防护装置有效性。研究结果表明,各国船撞力经验公式计算结果相差较大;船舶撞击接触界面力峰值随船舶吨位和撞击速度增大而非线性增加;浮动式柔性防撞装置能够有效地降低船舶撞击力峰值。     

泉州后渚大桥船撞力试验研究

利用 Buckinghamπ定理 ,提出了进行船撞缩尺模型试验的相似判据和主要相似系数。以泉州后渚大桥为实际工程背景 ,通过模拟船撞的缩尺模型试验 ,研究了实际船撞力的大小。试验结果与各种技术规范公式计算结果的分析比较表明 ,美国 AASHTO规范的设计船撞力与试验结果最为接近 ,而中国现行规范规定的设计船撞力数值则明显偏低     

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。     

大跨钢管拱桥船撞连续垮塌过程及关键参数研究

为研究大跨钢管拱桥在船撞作用下的受力机理,以瑞典阿摩尔桥(AlmBridge)船撞垮塌事故为工程背景,船撞力基于AASHTO规范,采用理论公式、三维非线性有限元整体和局部模型,从结构参数和船撞力两方面研究大跨钢管拱桥船撞作用下的连续垮塌过程,并分析关键影响因素。结果表明:阿摩尔桥整体结构宽跨比较小,横向稳定性不足,且缺乏结构冗余度;主拱钢管截面径厚比与临界屈曲应力成反比;船撞作用值和撞击面积也极大影响临界屈曲应力。连续垮塌过程为:船撞作用下钢管截面变形,降低屈曲临界应力;撞击处局部屈服使拱轴压应力增大,至临界应力后局部失稳破坏,导致整体结构垮塌。     

球鼻艏船舶鼻艏正撞弹性变形系数研究

船只弹性变形系数是我国铁路桥涵设计规范船撞力计算公式中的重要参数。文中采用有限元碰撞仿真的方法研究了1艘载重量3 000t球鼻艏散货船鼻艏正撞时的鼻艏弹性变形系数的分布规律,得出船鼻艏正撞弹性变形系数是一个随船舶初撞动能而变化的动态值的结论,并将该结论推广到不同船型、不同吨级船舶的船艏正撞工况。最后建议,当采用铁路桥涵设计规范计算船撞力时,船只弹性变形系数应按船撞初动能分级取用,同时公式中计入静力功调整系数。     

美国公路桥梁风险法确定设防船撞力评述

目前桥梁设防船撞力问题在国内深受关注,国内规范将船撞力看作偶然荷载指导桥梁设计和美国联邦公路桥梁设计规范基于风险设防船撞差距较大。通过总结美国联邦公路桥梁设计规范在确定桥梁设防船撞力时的总体思想和技术方法。在对其推荐方法——方法Ⅱ进行深入解释和推理的基础上,阐明了各关键部分的内在联系,以供国内今后桥梁船撞设防参考。     

南昌朝阳大桥设计船撞力研究

目前在南昌市区赣江中通行的大吨位船舶较多,新建大型跨江桥梁很有必要结合实际情况确定设计船撞力标准,以免发生灾难性后果。根据航道中的代表船舶及自然条件分别采用了动力数值模拟法、有限元法、国内公路规范设计方法以及美国AASHTO规范设计方法计算了南昌朝阳大桥的船撞力,经过比较研究推荐以动力数值模拟法或有限元法所得结果作为桥墩设计船撞力,研究了南昌朝阳大桥位关键水位时的设计船撞力分布,并进一步将其与国内其他内河流域的设计船撞力进行了比较。     

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。     

基于碰撞数值模拟的桥梁等效静力船撞力——基本公式

建立3000-50003t载重吨位共5艘典型船舶的精细碰撞有限元分析模型,采用LS—DYNA碰撞分析软件计算得到相应的船撞力时间过程。给出最大峰值、局部平均和全局平均3种等效静力船撞力的定义,研究3种等效静力船撞力与船舶载重吨位和碰撞速度的关系。基于对碰撞计算结果的统计分析与参数拟合,提出桥梁等效静力船撞力计算的统计关系,并与美国AASnTO《桥梁船舶撞击设计指南》、《欧洲统一规范2．7分册》和我国《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002．1—99）中给出的等效静力船撞力计算公式进行对比和讨论。     

桥梁受船舶碰撞的动力计算方法

计算了斜拉桥、连续梁和刚构桥在船撞动力作用下的响应,以考察船舶撞击力在航道桥设计中的重要性;对动力和静力方法的计算结果进行了比较分析,结果表明,对于所分析的几种桥型,采用静力计算方法得到的船撞结构内力、位移值与采用动力方法得到的船撞结构内力、位移值有很大的差别。对于设计,静力法过于粗糙,建议在桥梁船撞设计中采用动力计算方法进行船撞桥梁结构内力的计算。     

基于刚度匹配的桥梁附着式防船撞设施合理刚度取值研究

桥梁防船撞设施种类繁多,不同防撞设施对船撞力的缓冲和折减能力相差较大。采用动力法分析不同刚度防撞设施对船撞力的缓冲效果,通过对桥墩刚度、船艏刚度及防撞设施刚度的分析研究,提出基于刚度匹配原则的防船撞设施的合理刚度取值方法,并对钢套箱、复合材料套箱以及橡胶护舷的刚度范围进行比较,以明确不同防撞设施的适用范围。     

基于风险的桥梁防船撞措施分析

随着我国跨江河湖海大桥的增多和船运业的快速发展,桥梁船撞风险越来越大。本文讨论了桥梁船撞风险的组成、分类和风险计算方法,分析了包括人员伤亡风险、结构倒塌风险以及成本效益分析的桥梁船撞风险准则,对各种防船撞措施进行了比较分析,提出了基于风险的桥梁防船撞措施成本效益分析方法与公式,并通过案例说明。     

乐城大桥船撞设防标准与防护方案研究

为确定博鳌乐城先行区乐城大桥桥梁的船撞设防标准以及解决桥梁的船撞安全隐患，采用有限元软件建模计算了桥墩自身抗撞能力，通过概率风险法分析得到了桥梁的船撞设防代表船型和设防船撞力。基于自身抗力和设防船撞力对比结果，提出了柔性防撞护板的桥墩防护方案，并采用Ls-Dyna动力仿真软件对其防护效果进行了验证。结果表明：乐城大桥主墩的设防代表船型为150座客船，桥墩抗撞性能均满足要求；提出的柔性防撞护板方案能够避免船舶局部剐蹭桥墩，有效保护船舶乘客的生命安全。     

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。     

船舶撞击桥梁的撞击力计算方法探讨

船舶撞击桥梁过程包含巨大能量交换,是一个毫秒到秒量级的短时程动态过程,本质上是一个复杂的冲击动力学问题。现有各种规范中的计算公式都是经验公式,都是基于刚体或弹性体整体碰撞的简单理论,用于解析动态力学过程是不合适的。该文通过冲击动力学理论,应用LS-DYNA3D通用程序对船撞力进行数值计算得出分析结果,与公路规范公式进行比较,提出一个修正系数作为公路规范公式的补充,供业内人士参考。     

考虑误航的船舶撞击桥梁速度计算方法及工程应用

船舶撞击速度是进行船桥碰撞研究的关键参数之一,直接影响船撞力的大小和桥梁的设防标准。通过对船撞事故及现有船撞速度确定方法的分析,考虑桥梁设计通行能力及发生误航的可能,提出一种考虑误航时偏航失速的船舶撞击速度计算方法。通过在某双塔斜拉公路大桥防船撞研究中的应用,采用3种船舶撞击模式进行防撞研究,结果显示,不同模式下通航孔桥墩的撞击速度相差较小,非通航孔桥墩的撞击速度相差较大,考虑以边跨为通航孔时发生偏航撞击模式,对于非通航孔桥梁抗撞设计更加合理,通过LS-DYNA有限元分析软件模拟了船舶撞击桥墩过程,并得到了船舶正撞力标准,可作为防船撞研究和设计的参考。     

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。     

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。     

斜拉桥的船撞动力响应简化分析

准确的船掉桥数值模拟需要大量的计算资源和时间,建立桥梁船撞分析的简化碰撞力时程模型,并应用该模型进行斜拉桥群桩基础的船撞动力响应分析。与其他简化模型对比,该简化模型建立方便,群桩基础的动力响应与精细船桥碰撞模拟得到的结构响应较为接近,提高了计算效率,为以后船撞桥梁的简化动力分析提供了方便。