跨海湾(河湾)桥梁非通航孔柔性拦船防撞装置

桥梁防撞装置中有主要防御船撞桥墩的、船撞上部结构的;有在撞上时桥墩直接受力的和桥墩不直接受力的;有只保护桥的和既保护桥又保护船的等各种不同分类法。本文着眼于主通航孔以外的辅助墩、过渡墩、水中引桥墩等的防撞,这部分桥墩通常占有较宽的水面,是小船的航道。本文提出一种方式是:既能拦住大船又不妨碍小船通行,而且能在几百米范围内为水中各墩防撞的柔性缆索吸能方式。本文阐述其原理、措施和某些重要的细节。     

防御船撞桥的桥墩防撞装置

桥是跨航道的重要通道,桥墩是航道中的障碍物,由于自然和人为条件的多变,出现船撞桥墩的事故。历史上有大承台、人工岛等行之有效的防撞设施,长期保护了桥;后来出现木栅、钢链和浮舟等设施,希望除了保护桥之外也保护船,但这些设施比较易坏。人们进一步要求桥、船和防撞设施三者都不坏(简称三不坏),这样就出现了会后退的外刚内柔的三不坏防撞装置。     

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。     

桥梁防撞研究技术与方法

针对桥梁防撞研究这一工程界的热点问题，概述了桥梁防撞研究的一般方法和思路，简述了船一桥碰撞力学的计算方法和船撞桥的风险概率分析方法，同时结合上海长江大桥工程，对主通航孔桥墩进行了防撞力标准和防撞方案研究。利用非线性有限元分析技术，对桥墩设计的防撞方案进行了性能分析，验证了防撞设施的有效性。     

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。     

白果渡嘉陵江大桥防撞装置的防撞性能研究

为解决白果渡嘉陵江大桥防撞安全的问题,考虑桥区附近水文、航道情况和桥梁的结构形式,提出了一种自浮式复合材料防撞装置,针对该防撞装置防撞性能问题,采用LS-DYNA建立了船-桥墩-防撞装置三维分析模型,研究了不同角度撞击该防撞装置时桥墩的结构响应,并和无防撞装置情况对比。结果表明：安装防撞装置后,在最不利的正撞工况下,船舶撞击力峰值降低55%,最大等效应力减少44%,具有良好的防撞效果;在小角度碰撞工况下,船舶被防撞装置拨开船艏,并保留了70%的动能远离桥墩,减少了能量的转换,撞击力峰值、防撞装置撞击位置最大等效应力以及最大撞深比大角度碰撞工况分别降低了50%、37%和53%,使得小角度碰撞时的冲击效应更为平缓,减小了对船舶和桥墩造成的危害。     

嘉绍大桥主墩防撞设施结构方案研究

以嘉绍大桥主墩的防撞设计为背景,比较了浮式消能防撞钢套箱和固定式消能防撞钢套箱2种桥墩防船撞方案。由于固定式套箱方案具有自身强度好、适应恶劣水文条件能力强、阻水面积小、防撞效果好和经济实用等特点,最后选作嘉绍大桥最佳防船撞方案。利用有限元分析技术对桥墩设计防撞方案进行了防撞性能分析,验证了防撞设施的有效性,为类似工程防...     

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。     

桥梁浮式防撞设施的研究

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风险的桥梁进行防撞保护,因此,针对桥墩防撞设施的研究就显的尤为重要。本文提出桥梁浮式防撞设施,并采用有限元数值模拟技术研究其防撞效果,研究表明其具备较好的防撞效果,满足"大撞可防"的防撞性能要求。     

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。     

上海内河跨航道桥梁防撞设施分析

针对上海内河跨航道桥梁水上防撞设施,对桥梁防撞体系、船撞力计算方法进行论述,结合内河跨航道桥梁自身特点和最新防撞理念,对适合内河跨航道桥梁的防撞方案和设施进行分析。结果表明:适合上海内河跨航道桥梁水上防撞的防撞设施主要有固定或浮式防撞装置和桩基防撞墩两种类型,若这两种类型防撞设施不具有施工条件,一般采用小规格缓冲材料对桥墩进行防护;对于与黄浦江直接连通的支流桥梁,除小规格缓冲材料,一般采用防护桩。     

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。     

船桥碰撞中桥墩防撞装置性能研究

利用ANSYS/LS-DYNA显示非线性有限元软件,对天兴洲大桥某桥墩的防撞装置进行了船-防撞装置碰撞模拟,分析防撞装置在碰撞中结构的损伤情况和各构件的吸能特性,结合计算结果,对防撞装置提出合理的改进意见,以提高防撞装置的防撞性能。     

船与FRP浮箱非线性动力学碰撞过程的数值仿真

介绍了自定位防船撞FRP浮箱的结构特点;基于ANSYS/LS-DYNA软件平台,对一艘2000DWT散货船与防撞浮箱正撞和8°斜撞的非线性动力学过程进行了数值仿真研究;分析了能量耗散过程、碰撞力衰减时程以及碰撞区的结构变形与损伤失效过程;为该装置的工程设计与工程实验提供了理论依据。     

船闸防撞装置撞击荷载计算及试验研究

本文结合三峡水利枢纽工程船闸闸门防撞装置设计方案的选择探讨了船舶对防撞装置撞击力的计算方法,提出了应用船舶运动理论计算撞击力的理论计算方法,并进行了试验验证。本文的方法对类似的防撞装置设计亦有一定参考价值。     

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。     

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。     

防御船撞桥的新装置及其机理研究

从机理上区分防撞装置有弹性的(橡皮垫),弹塑性的(钢管类)和粘滞性的(大耗能、少回弹).前面两种已实现,新装置就是用第三种-粘滞性的防撞元件,它能吸收消耗掉冲击能量的70%以上.但每个粘滞性的防撞元件耗能只有几万焦耳,对于几百兆焦的大船,新装置采取的办法是吸收消耗一部分能量的同时,将船头拨开,化解撞击.为此在几百只耗能防撞元件的外面设置斜向的外钢围.新装置既能保护桥也能保护船,对于足够大的桥墩则只考虑保护船便可以了.     

山区涉河桥墩布设防撞装置对通航的影响*

为研究山区河流桥梁布设防撞装置对于通航的影响，采用二维物理模型试验的方法，利用运动船舶受力偏离航线的原理，通过对船舶艏向角θ、漂角β等船舶航行参数的分析，研究桥梁与水流存在交角的情况下布设防撞装置对船舶航行的影响；通过设置多条航线，探究船舶航行时与桥墩的的安全距离。试验结果表明：山区河流涉河桥墩布设防撞装置对于船舶航行的影响远大于裸墩，且尖艏型防撞装置对航行船舶的影响大于圆艏型；山区河流涉河桥墩或防撞装置与水流的交角越大，船舶的偏转幅度越大，其中0°～10°变化趋势较为明显。通过多组航线航行试验发现，航线越靠近桥墩，船舶受到的影响越大，当航线与桥墩的距离达到3W时，这一影响达到峰值。所得结果可以为山区河流桥梁通航安全的研究及防撞装置的研发提供参考。     

京港澳高速沙河大桥桥墩抗船撞能力评估及防撞设施方案研究

随着河南省沙颍河逍遥至漯河段航运开发工程的推进,航道通航等级提升为IV级,通航船舶吨位和数量的增多对既有桥梁的安全构成严重的影响。本文以京港澳高速沙河大桥3#-4#桥墩为研究对象,通过瞬态动力学防撞分析,确定大桥设防船撞力为4.6MN。进而根据相关设计规范,通过核算桥墩截面实际能承受的水平撞击力,确定了该大桥在500吨级船舶撞击下自身抗撞能力不足。根据桥墩结构和通航桥区情况,设计了自浮式钢覆复合材料防撞设施,通过有限元防撞校核表明,安装防撞设施后船舶撞击力下降至3.4MN,可有效提高桥墩自身抗撞能力,从而有效保证桥墩结构安全。