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。     

钢-复合材料组合防撞装置在不同船舶撞击下的性能分析

为了解船-桥碰撞过程中组合防撞装置的防护能力,以东洲湘江大桥为背景,设计一种新型钢-复合材料组合防撞装置(由钢-复合材料迎撞面、复合材料分隔板、内部耗能填充材料和复合材料背撞面组成),采用LS_DYNA软件建立船-防撞装置-桥梁三者有限元模型,分析带球艏船舶、驳船不同水位撞击下有无防撞装置的桥墩结构响应。结果表明:未设防撞装置时,2类船舶撞击下结构响应均较大,相较于带球艏船舶,驳船撞击力峰值较大(10号墩撞击力峰值为17.53 MN);与低水位、平均水位相比,高水位撞击下结构响应较大。设置防撞装置后,带球艏船舶撞击力峰值平均减小30%,驳船撞击力峰值降幅可达54.2%,其他结构响应也明显降低。该防撞装置降低了桥墩结构响应和船舶损伤,具有较好的防撞能力。     

长沙暮坪湘江特大桥主桥抗撞性能研究与防撞设计

为保证长沙暮坪湘江特大桥主桥船-桥碰撞安全性,对该桥进行了抗撞性能研究与防撞设计。采用LS-DYNA软件开展船-桥碰撞分析,确定设防船撞力;结合冲击谱近似方法确定设防船撞动力作用,计算桥墩动力需求与抗撞能力,评估结构安全性;针对主墩拱脚防护及过渡墩抗弯能力不足等问题,提出由UHPC面板、内置X型耗能钢板、EPS泡沫及D型防撞护舷等构成的钢-UHPC组合防撞设计方案,并开展防撞效果有限元分析。结果表明：除撞击力峰值外,最高水位工况下结构响应均大于最低水位工况;未设置防撞装置时主墩具有较好的抗撞能力,且有一定的安全富余,而过渡墩无法满足抗弯需求;主墩设置防撞装置能在1.5 s内将船舶侧撞速度降为0,有效地阻止了船舶侧向侵入,过渡墩防撞装置钢板厚10 mm时,撞击力峰值降低了35%,主要响应峰值降幅达40%～50%。     

桥梁复合材料防撞方案研究

在介绍船舶撞击桥梁成因的基础上,分析桥梁防撞设施应达到的具体要求,并详细比较了现有的间接式、直接式防撞设施的特点与适用情况。基于现有桥梁基础防撞方案的局限性,经理论分析与试验研究,提出了自浮式复合材料防撞方案。该方案采用自浮式复合材料防撞箱系统,其外壳为耐腐蚀性能强、弹性性能好的纤维复合材料,内部填充强度与刚度较大的纤维复合材料空心缠绕管,紧挨船舶撞击部位为纤维复合材料耗能缠绕管。该防撞设施可使船舶撞击力保持在可控范围内,确保大桥结构安全,同时还可有效减轻船舶受损程度,具有造价低、耐腐蚀、绿色环保等优点。     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。     

跨海大桥抗撞能力及防护措施研究

为明确通明海特大桥桥墩不同水位下抗力水平,设防船舶撞击力,建立静力与动力模型对桥墩抗撞能力进行分析,提出柔性防撞方案。开展复合材料力学性能试验,确定复合材料在不同荷载下的破坏方式,根据试验结果定义正交各向异性本构,分析防撞装置在球鼻艏、前倾型艏船撞击下的防护性能。结果表明:过渡墩与第一跨引桥墩在高水位下抗撞能力不足;设置防撞装置后最高可削减船撞力51%,耗能比最高可达84%。     

通航桥梁既有防船撞墩加固改建方案研究

以瓯江上某桥梁为例,对通航桥梁的既有防船撞墩加固或改建的方案进行研究,借助MIDAS和XTRACT两款软件,对桥梁的防船撞性能进行有限元分析,通过对主桥裸桥墩,主桥桥墩加装柔性防撞装置、原设计防船撞墩、六桩防船撞墩、四桩加柔性防撞装置五个方案进行受力和抗力的计算,在安全性和经济性上优选防船撞墩的方案,提出既有防船撞墩加固或改建的方案优选模式,供类似工程参考。     

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。     

钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能研究

由于钢-橡胶组合式防撞浮箱被小型船舶撞击后防腐涂层易被破坏，引起箱体进水、防撞装置下沉等问题，因此多采用新型的钢-UHPC组合式防撞浮箱。为了解钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能，采用数值模拟的方法，从船舶撞击速度以及角度2个方面探究钢-UHPC组合式防撞浮箱对削减桥墩受到撞击力的影响。结果表明：1)钢-UHPC组合式防撞装置具有良好的削减撞击力的能力，大约在30%～40%;2)该防撞装置对撞击力的削减在正撞下随速度增加而增强，在20°斜撞下随速度增加而减弱，但都能达到30%以上；3)大角度撞击下防撞装置对撞击力的削减效果十分明显，主要是由于该装置具有较好拨转船头效果。钢-UHPC组合式防撞浮箱在实际应用中具备良好的防撞性能，可起到保护桥墩、防止桥墩破坏的作用。     

某连续刚构桥防船撞设计方案研究

随着船舶的大型化和航道的扩能升级,部分早期建设的桥梁因通航净空较小、防撞标准较低存在一定船舶碰撞桥梁安全隐患。文中以某大跨径连续刚构桥为研究对象,验算主桥在原设计1 000 t级、现状2 000 t级代表船型撞击力作用下的抗撞性能标准,确定主桥承台增设固定式复合材料防撞块、墩身采用自浮式复合材料柔性防撞套箱,过渡墩承台采用型钢或钢管连接及承台、墩身横桥向正面、临近通航孔侧一面增设橡胶护舷的加固设计方案,验算结果表明按上述方案加固后可满足主墩2 000 t级内河轮船撞击力要求。     

基于失效概率的桥梁防船撞装置安全性评估

采用非线性有限元法模拟了船舶撞击桥梁防撞装置的动态过程,计算了防撞装置对桥墩的撞击力并分析其吸能效果。根据桥位、水文资料、通航船舶类型及数量等条件,分析了1 000t级通航船舶撞击桥梁的概率,对桥梁船撞倒塌概率公式进行了修改,计算了桥墩安装防撞装置后的倒塌概率;对目前国内外桥梁船舶撞击风险接受准则进行对比研究,选择了适合某跨江大桥的船撞风险值;采用安装防撞系统后桥梁的失效概率来评价防船撞钢套箱设计的合理性,为桥梁直接构造防船撞装置的设计提供安全评估参考。     

预压式钢-橡胶组合断面防撞装置安装技术

桥梁防撞装置能有效减小桥梁船撞事故带来的危害，而其防撞性能的发挥则依赖于正确的安装方式。本文以池州长江大桥Z5-Z9墩的防撞装置为研究对象，对预压式钢-橡胶组合断面防撞装置安装的关键技术进行了研究。针对Z5主塔上的自浮式防撞装置和其他墩柱上的D型橡胶固定式护舷安装，分别组织安排了安装时设备、人员的进场顺序和详细操作步骤。最后总结出防撞装置安装的质量控制要点，为后续桥梁防撞设施的安装提供参考借鉴。     

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。     

粉房湾长江大桥防船撞设计

粉房湾长江大桥主桥为双塔双索面连续钢桁梁斜拉桥.结合该桥防撞特点,经分析,该桥采用将P3、P4主墩(桥塔下塔柱底部)高程195.347 m以下部分设置为实心截面的防船撞方案.为检验大桥防船撞设计是否满足规范要求,采用LS-DYNA非线性有限元分析程序和MIDASCivil程序分别对P3、P4主墩总体抗船撞能力和船舶局部撞击力作用下被撞位置的局部强度进行分析.分析结果表明:P3、P4主墩总体承载能力满足规范和船撞抗力要求;下塔柱被船舶撞击位置局部角点出现拉应力超过C50混凝土自身抗拉强度的问题,通过增设构造钢筋解决该问题,最终使下塔柱被撞击部位局部强度满足规范和船撞抗力要求.     

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。     

株洲湘江八桥防船撞设施设计及仿真计算分析

本文以株洲湘江八桥为背景,结合跨江桥梁的防撞研究特点,依据桥区环境特点及大桥主通航孔桥墩防船撞要求,针对性提出释能附体防船撞方案,该方案具有设施占用航道空间少,制造和维护便利,耐波性和恶劣环境适应性佳等特点,且具有良好的经济性。基于MSC.Dytran进行有限元仿真分析,模拟船舶及桅杆在失控状态下以漂流速度撞击大桥下层慢行系统梁体的工况,计算桅杆撞击力大小,确定警示拦截方案,验证防船撞设施的设防效果,确保防船撞方案设计的可行性,为实际工程应用提供依据,最大程度保护大桥的防船撞安全。     

钢套箱-柔性墩柱结构船撞动力分析

钢套箱-柔性墩柱是内河航道中一种常见的防撞装置。采用显式动力分析软件LS-DYNA对内河驳船撞击钢套箱-柔性墩柱防撞装置进行了动力仿真计算,分析了2类代表性工况——正撞及偏撞情况下,船撞撞击防撞装置的碰撞过程、荷载时程,以及防撞套箱变形损伤情况。计算结果表明,2类不同工况在碰撞过程中存在明显区别,正撞情况下荷载峰值较大,但持时较短。2类工况中,钢套箱接触范围内等效应力超过静态屈服强度,但塑性变形只局限于较小范围内。分析结果表明,钢套箱处于安全状态。     

防御船撞桥的两类设施三种任务

桥梁防撞设施通常分为两大类：主动防撞（不接触）设施和被动防撞（结构防撞）设施。主动防撞设施有：桥梁水域的船舶通航服务系统（VTS）、单桥手机式警报系统（杭州内河）、航标、航标灯、雾天黄灯（广州珠江西桥）、报警声号（配备激光测距仪）、闪灯对中指示（仿飞机降落）、红白斜纹标志（JT 376）等,指船未撞上去前的防撞设施。被动防撞设施指的是船撞上去后减少损失所采取的措施,有防撞护舷、拦阻索系统、柔性耗能防撞装置等。     

冰冻河道桥墩防船撞技术应用研究

以我国北方某桥梁防护项目为依托,结合冰冻河道防冰及防船撞的项目特点,通过理论计算、试验及数值仿真方法对该项目船舶及冰排撞击力、桥梁自身抗撞能力及防撞设施设防效果进行研究,为柔性防撞技术在工程项目中的成功应用提供理论依据。     

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。