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。     

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.     

夹层结构曲面环形浮式桥墩防撞套箱碰撞分析

针对船舶撞击桥梁的安全问题,提出一种钢-聚氨酯-钢夹层板制作的新型曲面环形浮式桥墩防撞套箱.采用显式动力瞬态非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了船舶撞击桥墩的仿真模型,通过撞击过程中船舶撞击力和速度的变化,分析了船舶、防撞套箱、橡胶护舷、桥墩之间的能量转换以及防撞套箱撞击部位的受力和变形.研究表明:当防撞套箱受最不利撞击时,夹层板曲面环形桥墩防撞套箱能吸收70%的船舶撞击能量,且具有节省箱内加劲板及支架、构造简单、质量轻等特点.本文提出的桥墩防撞套箱具有良好的抗冲击性能和弹塑性能,为工程应用提供了理论依据.     

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。     

带主梁的简化模型与响应面联合 的桥梁船撞易损性分析方法

以往桥梁船撞动力分析以给定事件确定性分析为主,难以反映船撞作用的偶然性和概率性特征,以及不同能量撞击下的桥梁损伤演化特征.为此,本文面向两类典型船舶,以桥梁墩柱受船舶撞击后的剩余承载能力作为损伤评估指标,较为系统地研究了桥梁船撞易损性.首先,建立了受压RC墩柱受到侧向冲击后剩余承载能力的直接模拟方法,通过与试验结果进行对比,验证了该模拟方法的有效性.然后,基于一座典型连续钢筋混凝土梁桥,建立了两种不同的有限元简化模型,并进行了比较和验证.提出一种有限元简化模型与响应面代理模型联合的桥梁船撞易损性分析方法,获得了两类典型船舶撞击下的桥梁易损性曲线.结果表明:所建立的响应面具有良好的精度,可替代复杂的非线性有限元计算;两类船舶类型撞击下的桥墩剩余承载力的响应特征区别较大,在球艏船撞击下剩余承载能力随船速的增大而均匀减少,而在受驳船撞击时,剩余承载能力与临界船速密切相关,呈现出双折线的特征,在进行样本设计时需基于临界速度进行分段;在相同船速及质量的情况下,驳船撞击所造成的结构损伤以及失效的概率普遍要高于球艏船撞击,实际设计中应尤为关注.     

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。     

船舶撞击双柱式桥墩破坏模式分析

为了研究双柱式桥墩在船舶碰撞作用下的损伤破坏机理,对冲击作用下钢筋混凝土结构的材料本构、黏结模拟方法进行了分析。采用可以考虑开裂的混凝土连续光滑本构模型模拟墩柱混凝土材料,采用考虑应变速率的随动塑性强化模型模拟墩柱纵筋及箍筋;基于显式动力有限元软件LS-DYNA,在考虑双柱式桥墩纵筋配筋率变化及是否存在桩土相互作用的情况下,对驳船撞击双柱式桥墩进行动力仿真分析。研究结果表明:在船舶撞击作用下,混凝土双柱式桥墩的破坏过程可分为4个阶段:初始接触碰撞阶段、撞击墩破坏阶段、非撞击墩破坏阶段、系梁与墩柱连接破坏阶段;结构在碰撞接触区域发生了局部剥落损伤,同时在碰撞侧桥墩、非碰撞侧桥墩以及系梁连接处均发生开裂破坏,船艏经历了2次加载-卸载历程,船舶动能的76%转化为船艏及结构的内能;双柱式桥墩纵筋配筋率对结构的破坏模式影响明显,随着配筋率提高,桥墩墩柱逐渐由弯曲破坏转变为只出现少量横向裂缝;在配筋率为2%时,墩柱基本不发生弯曲破坏,而碰撞侧墩柱与系梁连接处属于双柱式桥墩薄弱构造环节,在不同配筋率情况下均发生破坏;桩土相互作用对桥墩的破坏模式影响显著,在计算分析时应予以考虑,在墩底固结情况下,桥墩主要发生剪切破坏。     

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。     

落石撞击双柱式桥墩破坏模式及抗撞性能分析

基于非线性接触有限元数值模拟技术建立高精度落石-桥梁碰撞模型,对不同参数下桥墩的动态响应和破坏模式进行参数分析,主要研究的参数包括:桥墩上部质量、桥墩箍筋间距、落石质量与速度以及撞击位置.分析了我国规范给出的建议桥墩抗撞能力计算方法,并与实际抗撞能力对比.研究发现:落石高速撞击下桥墩的破坏形式以弯曲破坏为主,但是上部结构质量和落石速度的增加和撞击位置的改变会使桥墩的破坏形式由弯曲破坏向剪切破坏转变.落石冲击桥墩上部造成的破坏程度相比其他位置小,改变撞击方向会显著影响撞击点上方的桥墩侧向位移.我国公路桥梁抗震设计细则公式给出的计算方法低估了桥墩实际的抗撞能力,轴压力对桥墩的抗撞性能有明显提升,建议考虑在计算公式加入轴压力因素.     

考虑墩顶约束作用的桥墩船撞力学模型及其响应

在考虑上部主梁对桥墩墩顶约束及基础约束作用的基础上,建立了边界条件合理的船舶与桥墩撞击理论力学模型,采用Laplace正变换和Crump逆变换,对该动力控制微分方程进行理论求解并分析撞击力与位移响应。将理论计算结果与欧洲规范以及未考虑墩顶约束的悬臂墩模型计算值进行了比较,结果表明考虑被撞桥墩墩顶受上部结构的约束作用对撞击响应的影响较为显著。分析上部主梁结构等效约束刚度与被撞桥墩船撞力及墩顶位移的关系并与欧洲规范和铁路规范进行了比较。建立了峰值撞击力简化计算公式,该公式在欧洲规范的基础上增加考虑了桥墩侧向刚度、船舶质量及船艏刚度等因素,与其他规范公式在改变不同参数的情况下进行了比较,验证了其具有较好的适用性。     

基于墩柱式桥梁立柱撞击后的静载试验

本文通过实例介绍采用静载试验方法,检验船舶撞击双柱式桥墩的受力状况。经过检测方案的确定、实施,提出类似桥梁的检测方法以供参考。     

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.     

船-桥碰撞有限元数值模拟分析

文章以船-桥墩碰撞为主要研究对象,重点探讨碰撞过程中撞击力、撞深的变化以及速度对撞击结果的影响,利用LS-DYNA进行数值模拟,仿真分析船舶在不同初始速度情况下的撞击结果,并与各国规范进行比较,同时分析船舶刚度对撞击结果的影响,为桥墩防护设计提供参考依据.     

桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果影响研究

随着航道上大跨度桥梁的建设愈加广泛,其桥墩在水面附近往往具有一定的倾斜角度。为研究桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果的影响,文章基于装备自浮式防撞装置的2种倾斜方向的桥墩与6 000DWT级散货船为研究对象进行非线性有限元仿真碰撞计算,分析桥墩倾斜方向对不同航速船舶撞击下桥墩撞击力、系统能量转换、船艏结构破坏的影响。结果表明：外倾式桥墩受到撞击力更小,其防撞装置通过变形吸收能量更多、防护效果更好。研究成果可为大跨度桥墩设计与防撞装置的开发提供重要的参考价值。     

基于桩—土作用的滚石撞击双柱式桥墩动力响应分析

滚石灾害的发生将会影响山区桥梁结构使用状况,有时会导致桥墩偏位和落梁,落梁严重的甚至会造成整个桥梁发生坍塌。鉴于独柱墩、双柱墩在山区桥梁中的应用广泛,运用LS-DYNA对独柱墩、双柱墩受滚石撞击时的结构动力响应进行分析。研究表明:滚石撞击双柱式桥墩的位移响应、钢筋应力、桥墩损伤指标均比独柱式桥墩显著。     

舶舶撞击荷载作用下桥梁桩基复合体系动力损伤特性分析

基于混凝土塑性动力损伤理论,利用ABAQUS三维非线性动力有限元法,对船舶撞击荷载作用下,桥梁桩基复合承载体系动力响应及损伤特性进行分析研究。研究表明:船桥撞击力随撞击速度增大呈线性增长,撞击角度对撞击力显著影响,撞击角度越大,撞击力峰值显著降低。桩身位移与弯矩值均随船舶撞击速度的增大而增大,桩身最大位移和最大弯矩值并非发生在撞击点处,而是在撞击点以下某一位置,具体位置取决于桩顶与桥面结构之间的约束程度。船桥碰撞荷载作用下桥梁桩基复合体系的动力损伤以拉伸损伤为主,压缩损伤区域相对较少。桥梁结构设计时应重点加强桩基与桥面结构的联结刚度,适当提高桩基配筋率,以提高桥梁桩基复合体系抗撞击能力。     

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。     

桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移

基于数值仿真原理,采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对桥墩碰撞在多参数影响下的水平位移进行了仿真计算。考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了桥墩碰撞有限元模型,分析了桥墩在水平撞击荷载作用下的变形响应特征,并运用参数化分析方法,研究桥墩的混凝土轴心抗压强度、纵向钢筋配筋率、箍筋配箍率和截面惯性矩等参数对其在水平撞击荷载作用下变形响应的影响。结果表明:增大桥墩的混凝土轴心抗压强度、截面惯性矩和箍筋配箍率,均能不同程度地减小桥墩在水平撞击荷载作用下中截面的最大位移和残余位移,增强桥墩的抗撞击性能;而纵向钢筋配筋率对位移影响较小。     

浅析公路桥梁深水高桩基础水平抗撞击力的非线性有限元

由于船舶撞击产生的各种桥梁垮塌事件,显示出了桥梁基础水平抗撞击能力的重要作用。因此,为了更好的适应桥梁船撞评估和设计的意义,文章研究了非线性有限元分析的深水高桩基础水平抗力的评估技术,通过对某大桥工程实例的研究,并在我国的规范设计思想计算方法做出了全面的对比,发现所研究的方法适合在这类桥梁桩基础的防撞设计中使用。     

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。