桥墩受车辆撞击研究综述

为促进桥墩防车撞设计的发展,从研究方法、撞击力取值、桥墩防撞设计及损伤评价等方面阐述了车撞桥墩的研究现状,指出现有研究中存在的问题和进一步研究的方向。结果表明,试验法、理论分析和有限元数值模拟等方法各有所长,3种方法相结合与相互验证将是车-桥碰撞研究的发展趋势;便于工程应用的车辆对桥墩的撞击作用计算公式亟需建立;车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤程度进行快速合理地评价有待深入探索;能同时减少桥墩及车辆碰撞损伤、占地面积小、防撞效果好的城市桥梁桥墩防车撞设计方法有待进一步研究。     

基于LS-DYNA的车-桥墩碰撞及可靠度研究

桥墩受到车辆碰撞后会产生不同程度的损伤,因此研究车-桥墩碰撞后的受力特性和可靠度具有很好的现实意义。首先以某连续梁桥为背景,建立了车-桥墩碰撞有限元模型,其中撞击车辆为常用卡车,材料为钢材,采用弹塑性本构关系。桥墩为双柱式墩,通过典型工况研究了桥墩遭受车辆撞击后墩柱体的剪应力、主应力等的发展规律和时间历程。然后采用一系列车-桥墩碰撞作用,拟合出车撞力计算公式,通过与其他文献及多国规范比较,表明了拟合公式的正确性。再将拟合公式代入模型,考虑某些参数为随机变量,分析了车辆与桥墩碰撞后的结构体系可靠度。结构体系由3个双柱式桥墩组成,其中任何一个双柱式墩破坏意味着整个结构破坏。双柱桥墩中两个墩柱视为串联体系,即一个墩柱失效则双柱墩失效。最后研究了各随机变量对单墩抗剪性能可靠性指标的敏感性。研究结果表明:桥墩在横桥向或顺桥向车撞力作用下均更容易发生剪切破坏,而桥墩墩底易发生弯曲破坏,墩底关键截面内力满足正态分布;混凝土强度对墩柱抗剪承载力可靠性指标的影响最大,在桥梁施工以及管理过程中需要重点关注结构混凝土强度变化。     

负泊松比防车撞结构的耐撞性研究

桥墩在车辆碰撞事故中可能会产生失稳、倒塌等损伤，因此开展桥墩防车撞研究存在必要性和较高的研究价值。针对城市内车辆行驶区域受限的特征，本研究设计了一种具备占用空间小、吸能效果好等优点的新型负泊松比钢质防车撞结构，在不同工况下开展了实车碰撞场景下防车撞结构的耐撞性数值仿真研究，并分析了负泊松比蜂窝防车撞结构的防护效果。结果表明，与普通正六边形蜂窝防车撞结构相比，新型负泊松比蜂窝防车撞结构吸能更多，碰撞力峰值更小，结构应力分布更均匀；在不超过结构设计厚度的情况下，撞深更大，材料利用更充分，更适合作为防撞结构。     

桥墩在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大桥桥墩碰撞为例 ,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的支持     

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。     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题.为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法.首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法.通过与全桥模型...     

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。     

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。     

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。     

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。     

不同墩柱形式的城市高架桥抗震性能研究

为研究不同墩柱形式对城市高架桥抗震性能的影响,选择合适的城市高架桥墩柱形式,依托3跨连续城市高架桥,采用SAP2000建立有限元模型,通过非线性时程分析结果对4种墩柱形式下城市高架桥的抗震性能进行分析。研究结果表明：城市高架桥双柱式桥墩设置盖梁和系梁会增大桥墩的横向刚度,使结构横向振动周期变小;桥墩设置盖梁和系梁会增大纵向地震作用下桥墩的受力;桥墩设置盖梁和系梁可以改变横向地震作用下桥墩的受力分布,使墩身弯矩变小,但会使剪力增大;盖梁和系梁的设置对摩擦摆支座和墩梁相对位移影响较小。研究成果可为同类型桥梁抗震设计提供参考。     

地震作用下曲线匝道桥梁伸缩缝碰撞响应

针对曲线匝道桥梁的伸缩缝地震碰撞破坏现象,依托一座多层互通式立交体系中的单支带伸缩缝曲线匝道桥工程,用Kelvin接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应.文章建立了包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的全桥空间动力模型,利用非线性时程分析法,针对2个计算模型,分别输入多种地震动工况,对比分析曲线匝道桥...     

基于CDP模型的装配式双柱桥墩在低周往复加载下的力学性能研究

以南京市某改扩建装配式桥梁建设为背景,研究低周往复加载作用下装配式双柱实心桥墩的整体力学性能.利用混凝土塑性损伤模型(CDP)与Clough钢筋模型建立考虑套筒的节段装配桥墩有限元模型,分析装配式桥墩的混凝土损伤、钢筋应力等随加载过程的变化规律.结果表明,灌浆套筒局部加强墩柱刚度,使得混凝土损伤上移;混凝土损伤先出现在...     

高墩系梁设置对桥墩横向地震响应的影响

在地震高烈度地区桥梁下部结构设计时,经常会遇到桥墩较高时需要设置系梁的情况,来防止墩柱发生横向动力失稳,减小地震作用下的桥梁破坏.从大量的震害中发现未设系梁的桥墩比设置系梁的桥墩横向破坏显著.以毛林特大桥引桥下部结构为研究对象,分析E2地震作用下墩柱的横向变形和关键截面的内力,研究表明桥墩较高时系梁设置对桥墩横向抗震性能影响显著.     

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...     

株洲湘江一桥桥墩抗船撞能力评估及防撞方案研究

船桥碰撞事故常有发生,为评估已建桥梁桥墩的抗船撞性能、指导防撞方案设计,以株洲湘江一桥通航孔8~10号桥墩为对象,建立有限元模型计算了桥墩在受到单位水平撞击力时最危险截面处产生的内力,进而根据相关规范,计算桥墩截面实际能够承受的水平撞击力;建模分析2 000吨级船舶在各工况下撞击桥墩时实际产生的最大船撞力;根据两者计算结果差值评估桥墩的抗船撞能力,提出设置复合材料防撞系统方案并进行比较研究。结果表明:该桥桥墩的横桥向抗撞能力由9号墩强度控制,为11.03 MN;船舶最不利工况撞击桥墩时产生的撞击力为13.55MN,超出桥墩极限抗撞能力;设置复合材料防撞系统后桥墩受到的水平撞击力可明显小于桥墩的水平抗力,从而保证桥墩结构的安全。     

外包钢板混凝土桥墩在车辆碰撞下的动力响应研究

进行了外包钢板混凝土墩柱在车辆碰撞作用下的动力性能模型试验,通过采集撞击过程中的撞击力时程、桥墩的加速度及位移响应时程,分析研究了车速、车辆质量、轴压比等对撞击过程中外包钢板混凝土桥墩动力响应的影响。研究结果表明,撞击力的大小与车速、车辆质量、轴压比均成正相关关系;桥墩的加速度与位移响应均随车速提高而增大,桥墩顶部的加速度可能大于也可能小于撞击位置处的加速度,而桥墩顶部的位移总是大于撞击处的位移;桥墩位移与车辆质量之间近似成线性关系,随轴压比增大而减小。研究结果为进一步研究实际车辆与桥梁撞击及桥梁防撞设计提供了数据参考。     

山区连续梁桥隔震设计研究中的体型因素探讨

针对我国山区桥梁的结构特点和所存在的抗震问题,构造了7组典型的山区示例桥梁并采用铅芯橡胶支座进行隔震设计。建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的隔震桥梁分析模型,采用非线性地震反应时程分析方法研究了E1地震和E2地震下隔震桥梁的性能状态（桥墩和支座受力及变形）与桥梁体型因素的关系,后者由定义的桥墩刚度比（R1）、桥墩组合刚度比（R2）、支座总刚度和桥墩总刚度比（R3）等无量纲参数描述。结果表明：支座位移与梁体总位移的比值与支座总刚度和桥墩总刚度的比值R3更为相关,支座剪力与总剪力的比值与采用桥墩组合刚度比（R2）关系要密切;为提高隔震系统的隔震效果,建议初步设计时可取支座总刚度和桥墩总刚度比R3宜小于2.0。     

山区高烈度地震区连续刚构桥抗震设计分析

以云南某高速公路桥梁为研究对象,从桥墩构造选型和主要构件抗震性能方面进行概念设计及体系研究;建立桥梁空间有限元模型,考虑桥墩和系梁塑性铰及梁端碰撞效应进行非线性时程分析,结果表明,采用横向分肢的双肢薄壁墩与分离式承台方案可使高低不同的主墩及分联墩受力更为均衡,在桥墩中部设置一道横系梁提高了整体刚度,可减轻梁端碰撞危害,减小了地震作用下边墩底塑性铰转角,使主桥各墩总体上保持弹性状态,仅主墩局部发生可修复的轻微损伤,实现了拟定的抗震设防目标。     

山区受灾桥梁病害成因分析及加固技术研究

以山区某互通匝道桥为工程背景，研究存在固结墩的弯曲桥梁在山体滑坡作用下的病害问题，确定山体滑坡对桥梁破坏的机理，并提出有效的加固方案。结果表明，第三联桥梁结构绕5号桥墩发生了逆时针转动；3号、4号、6号桥墩的内侧墩柱顶部的横向位移更大，6号桥墩顶部横向位移为曲线内侧方向，3号、4号桥墩顶部横向位移为曲线外侧方向。结合现场检测及计算结果，对原墩柱施加强制位移量，反算边坡失稳后传递到各个墩柱上的推力大小和方向，将各个墩柱所受的推力进行矢量叠加，确定边坡失稳所产生的推力大小及方向，计算结果与实际破坏力基本一致。滑坡体上的桥梁结构破坏，一方面是由于连续降雨致使土体松动，不足抵抗下滑力；另一方面是由于新建桥梁时滑坡体稳定性较差，设置的抗滑桩不能有效地抑制滑坡体滑动。