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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

新型装配式钢-UHPC防船撞装置关键参数及其性能研究

将18个内衬框架式耗能元件的独立浮箱整体装配式连接作为防船撞耗能装置,利用LS-DYNA对船桥碰撞系统进行精细化建模,通过对防船撞装置内部耗能元件材料种类、浮箱壁厚、浮箱配筋率等关键参数进行优化分析,得到不同参数下桥墩撞击力、船舶变形能和桥墩能量等变化规律.研究结果表明:搭配低碳钢耗能元件时装置的防撞性能比高强铝合金和...     

柔性浮式系统受撞后运动的算法及其收敛性

为了研究柔性浮式防撞系统受撞击后的变形与位移,提出了一种微调平衡算法.该算法利用悬链线的物理几何特性求解系统中各部件的受力,根据系统中各部件所受的合力(矩)情况实时微调系统的工作姿态.利用力(矩)的平衡原理,通过多次叠代计算求解系统在受船舶撞击后各浮筒的姿态变化、锚的位移和各时刻拦阻链的受力.理论分析及相关算例的数值结...     

拱形自浮式水上升降防撞装置浮性与稳性研究

拱形自浮式水上升降防撞装置是由重庆交通大学发明的一种新型桥梁防撞装置,它主要由导向井、防撞带和浮筒三大部分组成;其中防撞带和浮筒都是钢结构,导向井采用钢筋混凝土结构,整个结构长达300多米。对于如此庞大的水上自浮式装置而言,该装置在水上的浮态与稳态是保持防撞装置自身运行可靠、受力合理的关键。为此通过模型试验验证防撞设施浮性与稳性。试验结果表明在三种典型水位流量工况下,防撞设施的浮态与静水条件下大致相同。当船舶撞击防撞带,使防撞带破损进水,防撞带的水上浮出高度仍可保证在1 m以上,防撞设施仍具有较好的浮性。在内河中的波浪,以及船行波作用下,防撞带在拱顶处、距拱顶1/4处,不会产生的较大竖向晃动,保持良好的稳性。     

船舶撞击锚泊防撞系统的能量平衡关系分析

为了研究船舶撞击锚泊防撞系统过程中的能量平衡关系,根据动能定理和锚链力求解方程,计算船舶正面撞击锚泊拦阻系统时锚泊系统的动能和力做的功,主要考虑船的动能、锚与海底的摩擦力做的功以及锚链力做的功.在模型实验的基础上进行分析计算,结果表明,船舶的动能变化量基本上等于摩擦力和锚链力做功之和.说明摩擦力和锚链力做功抵消船舶动能可以作为拦阻系统初步设计的基本条件.     

船-桥碰撞力理论分析及复合材料防撞系统

考虑桥墩刚度与船艏刚度,采用质点弹簧模型,建立了船-桥碰撞动力方程,分析了桥墩与船艏的相对刚度、碰撞接触时间对峰值撞击力的影响规律,修正了我国《公路桥涵设计通用规范》中漂浮物撞击力公式.研制了新型纤维增强复合材料防撞系统,开展了冲击性能试验,实现了相关桥梁防船撞工程应用.结果表明:当桥船相对刚度之比小于50时,峰值撞击力随桥-船相对刚度的增大呈对数形式增大;当桥船相对刚度之比大于等于50时,峰值撞击力可近似按欧洲统一规范取值.碰撞接触时间与船舶质量、船艏刚度相关.复合材料防撞系统能有效延长船-桥碰撞接触时间,大幅削减撞击力,从而有效保护桥墩结构安全,减轻船舶受损程度,具有显著的技术经济优势.     

两类耗能式桥墩防船撞护舷性能研究

设置耗能式防撞护舷已成为目前减少桥墩受船撞损失的有效方法.文章从碰撞力规范公式以及材料力学特性分析了低碳钢防撞护舷和FRP防撞护舷的工作原理,通过ANSYS-LS/DYNA软件建立船舶、低碳钢防撞护舷以及FRP防撞护舷模型,分析了低碳钢防撞护舷与FRP防撞护舷防撞性能的异同.结果表明,在相同板厚设置下,低碳钢防撞护舷同FRP防撞护舷相比,低碳钢防撞护舷最大碰撞力更高、耗能比例更高.在不同板厚设置下,即不同护舷刚度设置下,两类耗能式防撞护舷性能都受船艏与防撞护舷的刚度比影响.在船艏刚度不变时,随着船艏与防撞护舷的刚度比减小,船与防撞护舷碰撞力增大,防撞护舷的耗能比例减小.     

大跨度桥梁基础在船舶撞击作用下的模态分析

船舶撞击桥梁的事故越来越多,引起了桥梁界的普遍关注。桥梁基础在船舶撞击作用下的模态分析能够帮助正确评估桥墩的抗撞击能力。本文对搜集的12座大跨度桥梁主桥基础分别建立的实体有限元模型进行模态分析,得到基础在撞击作用下振动的一般规律,可供桥墩防撞设计参考。     

非通航孔桥防船撞拦截系统的研究概述与实例分析

非通航孔桥抗冲击能力较差,抵御船舶撞击能力较弱,易造成桥梁结构失效。目前,相对于非通航孔桥墩,通航孔桥墩设计了各种类型的防船撞装置,并应用于众多桥梁结构上。然而,非通航孔桥按照通航孔标准进行防撞设计是不现实的。近年来,非通航孔拦截系统的研究工作较少,对现有几种不同类型的拦截系统进行分析,对比工作原理、适用条件等,为今后非通航孔桥拦截系统的工程应用提供参考依据。以宁波舟山港非通航孔桥为背景,结合航区环境、经济因素等,采用消能重力锚自动下落式浮基高架拦截系统。通过能量法进行消能分析,有限元软件ANSYS/LS-dyna进行船舶撞击拦截系统动态模拟,结果显示该拦截系统可有效拦截船舶。     

新型柔性防撞装置在山区桥梁中的应用

山区河流航道狭窄,滩多流急,通航环境十分复杂,同时桥梁林立,存在较大的船撞风险。综合分析国内外现有防撞技术,依托重庆双碑大桥,围绕船撞风险、船撞力、防撞方案等方面对该桥进行全面研究;并通过详细的方案对比分析,表明新型柔性防撞装置可削减约55%的船撞力;且在碰撞过程中拨转船头、改变航向,有效地保护了船舶与大桥安全,能较好地适应局部流速大、比降大、水位落差大的河段,在山区桥梁中具有广阔的应用前景。