船桥碰撞及防撞结构研究

对某桥梁防撞结构的碰撞历程进行了数值模拟,数值模拟采用大型非线性动态响应分析程序LS-Dyna完成。介绍了船桥碰撞数值仿真中所涉及的关键技术,研究了船桥碰撞力、碰撞损伤变形、及能量吸收情况,并对其进行了详细分析。     

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。     

船桥碰撞中桩土相互作用数值模拟方法

为了研究不同的桩土相互作用模型对船桥碰撞结果的影响,寻找更为合理高效的有限元数值模拟方法,文章以安徽省望东长江大桥为工程背景,采用了"固定端"模型、p-y弹簧模型和有限元土体模型来模拟桩土间相互作用.在这三种模型基础上,精确建立船舶与桥梁主塔实体模型,借助LS-DYNA软件对船桥碰撞过程进行了数值模拟.通过对比不同桩土相互作用模型的数值模拟结果可以看出,动态有限元方法能够有效模拟船桥碰撞问题.     

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。     

马鞍山长江公路大桥防船撞设施的结构设计与数值模拟

文章围绕马鞍山长江公路大桥左汊桥主桥,通过设置新型自浮式复合材料防撞系统保护桥墩结构安全,论述其结构设计,利用Ansys/LS-Dyna非线性有限元分析软件,对中塔桥墩进行了船桥碰撞的数值仿真分析。结果证明,该防撞装置具有良好的缓冲吸能效果。     

船舶撞击桥墩的非线性有限元数值仿真

基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS／LS—DYNA对一艘3000t油船撞击桥墩进行仿真计算．考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了船桥碰撞有限元模型．分析了碰撞过程中能量、速度、碰撞力的变化,并将碰撞力的大小与国内外规范进行了比较．结果表明：最大碰撞力的估算美国规范和沃辛计算值偏大,我国公路规范...     

竖向地震作用下桥梁碰撞响应的动态子结构方法

该文研究了竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。考虑多次碰撞和多次分离过程以及桥梁支座的影响,针对多跨连续桥梁建立动态子结构模型,导出了模态坐标表示的碰撞动力学方程,并将动态子结构方法应用于竖向地震作用下桥梁结构的碰撞响应问题。采用Newmark隐式积分法对动力学控制方程进行数值求解,研究了竖向地震作用下桥梁与桥墩的碰撞动力学响应。数值收敛性结果和理论解的对比分析表明,该动态子结构方法具有良好的数值收敛性和较高的计算精度,可有效地分析竖向地震作用下桥梁的碰撞响应。     

船桥碰撞效应数值分析及动力载荷模型

船舶撞击桥梁是一个复杂的非线性冲击动力学问题,目前各国桥梁设计规范中船桥碰撞力均被等效为静力载荷,将船桥碰撞力分析过程视为准静态过程是不准确的。本文考虑船桥结构的材料非线性和几何非线性,建立3000 t～12000 t级散货船与预应力钢筋混凝土连续刚构桥碰撞的动力学数值模拟模型,运用显示动力学软件LS-DYNA计算分析不同撞击过程的碰撞力时程曲线,遵循碰撞力峰值、碰撞持续时间等边界条件,得到碰撞力计算所需参数的拟合公式,并基于统计分析方法提出了船桥碰撞的动力载荷模型。根据此荷载模型,易获得给定船舶质量和速度条件下的碰撞力时程曲线。     

桥墩防撞导偏轮受撞后作用力及能量转换特性

为了避免船舶直接撞击运河桥墩,设计了一种适用于京杭运河航道的新型桥墩防撞导偏轮设施。依据船桥碰撞相关理论,通过不同船型与该新型防撞导偏轮设施碰撞过程的三维数值模拟,对船舶和防撞导偏轮设施碰撞后的作用力、能量转换及主要构件的碰撞损伤等特性进行了深入分析和评估。结果表明,该设施延长了撞击作用时间,可较好地保护碰撞船舶及桥墩,能够满足京杭运河桥墩防撞要求,并具有易更换、占地小和吸能效果明显的优点,适用于不同水深、流速、桥位的情况,可为内河桥墩防撞设计提供参考。     

斜拉桥船撞风险分析

内河水运是制约我国综合运输体系的短板和薄弱环节,是我国交通强国建设战略的重要组成部分。随着内河航道通航船舶吨位及密度的增加,船桥碰撞风险加剧,成为影响桥梁正常运行以及内河通航安全的关键因素之一。本文基于AASHTO模型,以长江某斜拉桥为例,采用Xtract软件和MIDAS全桥模型分别计算桥墩控制截面的极限弯矩和桥墩内力,分析确定桥梁桥墩抗力;采用现行规范、经验公式与有限元计算的方法确定桥区通航代表船型对桥墩的撞击力;运用AASHTO模型计算桥梁年撞击概率和年撞损概率,确定桥梁风险水平并提出合理化建议。结果表明：该桥梁主墩及辅墩的风险概率均在可接受范围内。     

珠海淇澳大桥船撞能力评估及防撞设计

淇澳大桥主桥为双塔独柱式单索面预应力混凝土斜拉桥,为判断桥墩结构是否满足防撞要求,采用MIDAS计算了桥墩抵抗船舶撞击力值,运用有限元建立了桥墩模型计算5000 t船舶撞击大桥2#主塔桥墩,及500 t船舶撞击引桥1#、0#桥墩的撞击力,撞击力计算与经验公式结果进行对比.结果表明,有限元法与美国ASSHTO规范计算较为接近,桥梁抗撞能力满足防船撞要求.考虑船桥双重保护的理念,船桥撞击时最大程度上保护船舶和降低桥梁损伤,主塔桥墩设计采用自浮式钢浮箱防撞装置,两引桥桥墩防撞采用橡胶护舷进行防护.     

桥塞坐封过程仿真模拟研究

桥塞作为井下封层技术的关键设备,由于它施工工序少、周期短、卡封位置准确而得到了广泛应用。针对设计的可钻式非金属桥塞坐封过程开展模拟研究,涉及弹塑性材料接触、超弹性材料接触和非金属材料动态断裂的非线性动力学问题,利用有限元法建立该桥塞全尺寸模型和所有部件之间的广义接触关系,通过有限元模拟动态坐封过程获得桥塞各部件运动变形特性、桥塞与套管之间的密封特性和动态坐封力等数据,该桥塞坐封完成时,坐封机构部件轴向位移110 mm,坐封力约45 kN。模拟坐封也为进一步优化该型桥塞的结构和评估坐封性能提供了理论依据,对该型桥塞的推广应用奠定了基础。     

猎德大桥防撞设施正向碰撞动力性能的数值仿真分析

根据显式瞬态非线性有限元分析技术,考虑碰撞中的材料非线性、几何非线性、接触非线性、运动非线性以及它们之间相互耦合的特性,用ANSYS／LS—DYNA软件建立了船与带有防撞设施的桥墩的有限元碰撞模型,并对碰撞过程进行了仿真计算．从整体上看,碰撞力是随着撞深的增加而增大．撞击船的碰撞动能基本上是被防撞设施以变形能的形式吸收,桥梁结构在吸收能量方面的作用很小．承台在碰撞中的损伤主要是由角钢的拉力对混凝土产生的高应力区引起的,其分布范围不大,持续时间很短,危害性很小．仿真结果反映了角钢支承钢管架防撞结构的基本性能,碰撞的整个时间历程得以全面的模拟实现,这是解析法和实验方法难以实现的．     

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。     

泉州后渚大桥防撞岛结构试验与分析研究

以泉州后渚大桥防撞岛为工程背景,通过船撞模拟试验和非线性有限元分析,研究了船舶撞击防撞岛时的船撞力及防撞岛内部的应力分布和变形.试验和计算分析结果表明,设计船撞力超过设计预期的经验值30%以上,但防撞岛在船舶撞击下的破坏模式与设计预期的基本一致.     

高桩承台桥梁船撞动力需求的时程分析法

船撞桥问题涉及到材料、几何和边界条件的非线性,造成了整船碰撞有限元模型不但计算效率低下,而且较难为工程师所接受。鉴于此,提出采用简化的时程分析法来帮助设计者快速准确地掌握桥梁结构在船撞作用下的动力需求。在构建时程分析法过程中,首先基于两自由度碰撞分析模型,建立了基本的能量守恒方程和动量守恒方程以能量守恒方程和构建的动力撞击力和撞深曲线(Pd-a曲线)为依据,确定了船艏的最大撞深,并对结构弹性变形能的考虑进行了讨论。根据假定的加载时撞深与时间的关系和卸载时撞击力与时间的关系,推导了船撞作用加载和卸载的持时计算公式。总结形成了基于时程分析法计算高桩承台桥梁船撞动力需求的一般性程序,并将其运用工程实例中。工程实例计算结果表明:时程分析法计算所得的结构动力响应与整船碰撞模型结果基本一致,且计算效率较高。     

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。     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.