隔离墩与自浮结构相组合的桥梁防船撞系统方案与评估

随着跨江跨海桥梁与船舶通航数量日益曾多,船桥碰撞的概率也日益增大,所以亟须提出桥梁防船撞设计方案。针对既有椒江大桥水中通航孔桥墩,首先通过规范和Midas/Civil软件计算出桥墩结构的自身抗撞能力;基于非线性动力软件ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型计算得出典型桥墩遭受3 000 t级船舶正向和侧向撞击工况下的撞击力;通过比较桥墩自身抗力与船舶撞击力,提出了一种隔离式防撞墩与自浮式消能圈相组合的新型桥梁防船撞方案,然后对单独设置隔离式防撞墩和设置隔离墩与自浮结构组合防撞系统两种工况进行计算。结果表明:桥墩自身抗力为14.40 MN,而受船舶撞击所产生的最大撞击力为24.38 MN;设置组合防撞系统后,桥墩墩身所受的撞击力为0,隔离式防撞墩与自浮式消能圈有效保护了桥墩结构,且减小了船舶损伤。     

泰州大桥中塔墩防船撞研究

泰州大桥主墩位于航道边缘,可能遭受船舶的撞击。为保护大桥,综合考虑多种因素研究大桥中塔墩防船撞方案。针对泰州大桥三塔悬索桥型,结合通航船舶规划、桥梁参数、桥墩基础特点,开展防撞研究,提出针对性防撞方案,进行防撞特性计算分析,确定防撞方案的技术、经济特性。通过有限元数值仿真技术,研究泰州大桥在船舶撞击下的安全性和防撞方案的有效性。     

运河桥梁浮式防船撞设施的模拟计算

为了避免船舶与桥墩的直接碰撞,达到既保护桥墩安全又保护船舶安全的目的,根据苏南运河桥梁防撞设计的特殊要求,利用船和防撞设施碰撞中走锚、浮体移动和锚链拉伸过程来消耗船舶动能的柔性浮式防撞原理,提出了桥墩防船撞设施方案;基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了一艘1000 t级货船与防撞设施的碰撞模型,分析了撞击力、能量转换的特点和规律,并与船舶和桥墩直接碰撞的结果作比较,研究了浮式防船撞设施的工作效能.结果表明,浮式防船撞设施能够满足桥墩防撞要求,可为运河桥梁防撞设计提供参考.     

南昌大桥桥墩抗浮运管段撞击能力评估及复合材料防撞设计

计算了南昌大桥桥墩的最危险截面处在受到水平撞击力时产生的内力。根据相关设计规范,计算了大桥桥墩实际能够承受的最大水平撞击力。应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,考虑撞击角度、设防水位的影响,建模分析管段撞击桥墩时的撞击力。结果表明:无论是管段横桥向正撞工况还是顺桥向正撞工况,桥墩受到的撞击力均明显大于桥墩抗力。根据大桥所处水域特点及桥墩的抗浮运管段撞能力,设计了柔性复合材料混合防撞设施,满足了主要桥墩的设防要求。     

三峡库区弯曲河段大偏角船桥碰撞力分析

为研究船舶在大角度和高流速下与大跨度斜拉桥发生的碰撞响应,结合国内外相关规范对船桥碰撞中最大撞击力计算方法和撞击方式,对内河航运过程中可能发生的碰撞角度和方式进行分析,并以重庆外环江津长江大桥作为依托工程,采用附加质量法建立了7 000 t级散货船和等比例斜拉桥模型,计算了船舶在四种通航水位下的正撞、侧撞和漂撞的最大撞击力,比较各规范的计算值与数值模拟结果,对不同情况下的计算结果进行对比研究。结果表明,国内外各规范更适用于船舶撞击桥塔,撞击点位于桥梁承台时最大撞击力将远高于规范计算值;在船舶与桥梁正面碰撞中,《美国公路桥梁设计规范》(American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO)计算值与模拟值吻合程度高;在侧撞中,尤其在撞击角度为10°～25°时,建议采用《公路桥梁抗撞设计规范》;船舶漂撞桥塔产生的撞击力大约为正向撞击的1/4,该情况可采用《铁路桥涵设计规范》进行计算。多角度船桥碰撞研究结果可为三峡库区高变幅水位下船桥碰撞安全风险评估和桥梁抗撞设计提供参考。     

新型桥墩防撞装置研究

近年来船舶撞击桥墩的事故频繁发生,日益增多的船撞桥事故对桥梁防船撞研究提出了新的迫切要求。介绍了船桥碰撞研究现状,运用LS-DYNA软件建立了船舶撞击桥墩的计算模型。分别对无防护装置和有防护装置进行了数值模拟,对比其碰撞力演变、桥墩位移变形和能量吸收等结果;并对其进行了详细分析,得到了关于防撞效果的相应结论。研究结果对今后桥梁结构的防撞装置设计有一定的参考意义。     

圆端形夹层结构桥墩防撞浮箱的碰撞性能分析

为最大程度减轻撞击和满足柔性耗能防撞设计要求,采用钢-聚氨酯夹层板制造了一款圆端形桥墩曲面防撞浮式套箱,用于内河航道桥墩防撞;利用ABAQUS有限元软件建立了船舶、防撞浮箱、桥墩碰撞系统的计算模型,对不同角度撞击时该浮箱以及桥墩的受力影响、能量转换、拨动船头程度进行了分析.结果表明:最不利撞击时该浮箱具有良好的防撞效果,能吸收绝大部分的船舶动能,减少桥墩受力;在一般斜撞时该浮箱易拨开船头,将船舶绝大部分动能保留在船上,能更有效地保护桥墩.     

桥梁船撞的非线性有限元数值分析

介绍了几种常用的船桥碰撞力计算公式。以某实际工程为研究对象,建立起3 000t代表船舶撞击桥梁的非线性有限元模型。采用LS-DYNA软件计算了船舶在4 m/s冲击速度下与桥墩的碰撞力时间历程,将最大碰撞力计算结果与经验计算公式进行了对比研究;并分析了船速、撞深、能量转化、结构变形和应力等特征。结果表明:船桥碰撞有限元模型可完整的再现船舶撞击桥梁的全过程,碰撞力按各经验公式计算离散性较大,船桥碰撞的损伤具有局部性。     

公路桥梁船舶撞击力标准初探

船舶与桥梁的碰撞问题，直接威胁到交通运输和人民生命财产的安全，如何确定船舶撞击力，是桥墩防撞设施设计的关键。本文对某矮塔斜拉桥船舶撞击力标准的确定进行了介绍，给出了船舶撞击力计算方法，在此予以交流。     

装配式UHPC防船撞耗能装置的性能

提出一种新型装配式超高性能混凝土(UHPC)防船撞耗能装置。该装置由模块化生产的独立UHPC分箱组成,各分箱通过高强螺栓进行连接;采用非线性显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA对该防撞装置的性能进行分析与研究。研究结果表明:这种防撞装置可以显著减小撞击力并延长船桥碰撞时间,在1,3和5 m/s这3种不同撞击速度下,最大撞击力分别降低19.00%,39.17%和33.15%,撞击持续时间分别延长47.68%,132.61%和168.89%;当撞击速度为5 m/s时,船桥碰撞产生的撞击力为31.1 MN,超过桥墩设计抗力,而防撞装置的存在使最大撞击力下降到非破坏性水平20.79 MN。     

船桥碰撞中桥梁的力学机理及损伤分析

船桥碰撞事故时,船舷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,可以通过大型非线性动态响应分析程序MSC-Dytran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梁碰撞为例,演示了数值仿真计算的过程,获得并分析了船桥碰撞力、能量转换以及桩基、承台和塔柱的冲击响应的一般规律和特点,可为桥梁设计、维护和损伤评估等提供理论依据。     

船撞力强度指标对船撞桥响应的影响

确定船舶的撞击力是桥梁设计的关键问题之一,本研究针对船撞力强度指标的选择,探讨了不同船撞力强度指标对桥梁结构响应的影响.首先建立了一艘轮船撞击刚性墙的高精度有限元模型,得到了不同撞击吨位与撞击速度下的船撞力时程,并根据不同的船撞力强度指标进行了等效,将等效静力作用于结构的响应值与结构动力响应值进行了对比.结果表明,平均船撞力得出的结构响应最小,局部平均船撞力与峰值船撞力得出的动力响应相差不大;从结构响应随撞击吨位与撞击速度的变化规律方面来看,采用局部平均船撞力作为强度指标更为合理;在采用3种船撞力强度指标时都必须考虑动力效应的影响,否则会得到偏小的结构响应值.     

船桥碰撞中桩土相互作用模拟方式的影响分析

为研究船桥碰撞模拟中的桩土相互作用问题,本文建立了单桩-土-船舶高精度碰撞有限元模型,采用桩底固结、土弹簧以及无反射边界模拟桩土相互作用,并计算了船舶撞击力以及船撞作用下桩基的位移响应。计算结果表明,当桩基固结深度大于5倍桩径时,船舶撞击力趋势与其他模拟方式计算结果区别较大,在撞击过程中撞击力出现卸载现象,说明船舶与桩基之间出现了一次逐渐脱离的状态。无反射边界条件模拟得出的撞击力与结构位移响应均最小,土弹簧计算结果居于固结模拟与无反射边界模拟计算结果之间。通过分析,结构动力响应不仅与最大船撞力、平均船撞力相关,且与船撞力时程持续时间有关,当无详细地质资料时,可采用3倍桩径固结深度对桩底固结,所得动力响应偏安全,可满足工程应用需要。     

油轮艏部结构碰撞特性

在船舶碰撞中，船艏是主要作用方．为减少碰撞事故损失，从碰撞的观点出了一种研究船艏碰撞特性的方法及表达船艏碰撞特性的特征量，据以改进船首设计．根据船艏结构本身的碰撞破损过程，对船艏结构碰撞力与破损深度的关系、艏部构件在碰撞过程中的损伤形态和能量耗散进行了研究，指出碰撞力曲线是船艏结构的一种固有特性．提出了碰撞力面积密度曲线的概念，它可用于定量表达船艏结构对其他结构的破坏能力．利用有限元数值模拟方法计算了一艘4万t船艏的碰撞损坏实例，显示了上述碰撞特征并讨论了提高碰撞数值模拟计算精度的方法．     

船艏横向框架对船艏碰撞性能的影响

在船舶碰撞中，撞击船艏部结构和被撞船船侧结构都会发生损伤变形．为了了解横向框架对船艏结构的损伤形态、碰撞力及能量耗散的影响，利用非线性有限元仿真程序MSC／DYTRAN对有横向框架和无横向框架的某艏部结构的碰撞特性进行了比较．结果发现，横向加强材会限制船艏外壳及甲板的变形模式，以至于显著地影响到整个船艏结构的破坏特征、碰撞力和能量吸收．在进行碰撞分析时不可忽略．     

双层交通矮塔斜拉桥箱内车辆碰撞力比较研究

采用LS-DYNA程序研究双层交通预应力斜拉桥箱内车辆碰撞力,提出有限元计算碰撞力的修正方法,对比已有研究,验证计算结果的正确性。得出碰撞力和速度、质量以及角度关系,使用matlab程序拟合出碰撞力计算公式,为该新型结构防撞设计提供参考。     

船舶碰撞与触底事故的数值仿真

非线性有限元数值仿真方法在船舶碰撞事故的力学分析中正得到日益广泛的应用。介绍了该方法在船船碰撞和船桥碰撞分析中的应用实例，指出了应用该方法的关键技术并列出了所能得到的计算结果。同时给出了一个校准计算的研究结果，证明非线性有限元数值计算方法可以对复杂的碰撞损伤给出十分良好的仿真。     

桥墩塑性防撞装置的力学机理

通过一艘4万t级油船撞击箱式塑性吸能防撞装置的有限元数值模拟计算，演示并分析了防撞装置的作用过程．指出了防撞装置受力的3个阶段、防撞力的限制值和防撞装置各构件的吸能特征，解释了防撞装置对桥梁的防护机理．同时介绍了非线性有限元碰撞分析中船舶、防撞装置与桥墩的模型化方法和材料、质量参数等的正确意义，并对防撞装置的优化设计提出了建议。     

拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带结构形式比选

为了更好的保护重庆万州长江公路大桥,重庆交通大学发明了拱形自浮式水上升降防撞装置。这种新型的桥梁防撞装置主要是由导向井、防撞带和浮筒3大部分组成。针对两种不同结构形式的防撞带,采用有限元软件ABAQUS对其结构受力特性、船舶撞击后的防撞效果进行分析,同时在施工工艺和维护难度等方面进行比较,对比发现全钢结构比钢管混凝土结构具有十分明显的优势。因此选择全钢结构作为拱形自浮式水上升降防撞装置防撞带的结构形式更为科学合理。