桥墩等效撞击力计算方法研究

为了深入探讨桥墩等效撞击力,基于撞击荷载与静力荷载对桥墩模型产生的变形效应相等的关系,考虑桥墩的弯曲应变能和剪切应变能,建立了桥墩模型等效撞击力的计算公式,包括正弦撞击荷载波形和三角形撞击荷载波形两种形式。研究表明：撞击荷载波形的取用模型对等效撞击力的计算影响较大;并分析得到了撞击荷载下桥墩模型的等效撞击力和撞击力峰值的关系。本文研究结果可为桥墩等效撞击力的取值提供参考。     

车桥撞击动力学分析模型

针对频发的车桥撞击事故,采用落锤冲击试验装置,进行了钢筋混凝土圆形桥墩模型在静力及侧向撞击荷载下的力学性能试验,建立了车桥撞击动力学分析模型。试验结果表明:桥墩撞击荷载下破坏模式与撞击力及材料动态性能相关;基于达朗贝尔原理建立的车桥一维碰撞的单自由度、双自由度模型求解撞击力与试验值基本吻合,峰值及平均值误差分别为-15.4%和14.5%。     

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。     

水平冲击荷载下的桥墩动态响应模型试验

基于相似理论,按照1∶5的缩尺比例制作了钢筋混凝土圆柱形模型桥墩,并进行了水平冲击下的模型试验。水平撞击力采用研制的超高重型落锤水平牵引碰撞试验机施载,并专门设计了薄壁钢管缓冲器,以模拟碰撞过程中车头的柔性变形。模型试验获得了在水平冲击荷载作用下桥墩动态响应的撞击力、位移和钢筋应变等时程曲线,并与有限元计算结果作了比较。研究表明:桥墩在水平冲击撞击下,冲击力经历了动态波动,且最大冲击力发生在第一峰值;桥墩变形主要是弯曲变形,且在撞击点以下和附近最为突出;桥墩纵向钢筋应变小,远小于其屈服应变,处于弹性范围;冲击体一半以上能量被转化成桥墩的内能和动能,造成桥墩在冲击瞬间能量急剧增加。     

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.     

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。     

侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱动力响应的数值研究

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱在侧向撞击荷载作用下的动力响应,本文基于有限元软件ABAQUS,建立了方套方形钢管混凝土叠合柱撞击模型,并通过已有的试验数据验证了模型的可靠性。在此基础上,利用该模型分析在侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱的撞击力响应和动力变形。结果表明：（1）叠合柱在撞击荷载作用下的破坏模式主要包括撞击点位损伤型、叠合柱损伤型、撞击点位破坏型;（2）跨中位移随着撞击速度、撞击质量增大而增大,随着叠合柱自身刚度增加而减小,撞击力峰值、撞击力平台值受各参数影响各有不同的规律;（3）跨中位移和残余位移受撞击体的影响比自身材料和刚度的影响更加明显。研究结果可为该类结构的抗撞性能研究提供参考。     

桥墩受车船撞击作用下的动力学问题分析

针对一类桥墩受车船撞击的问题,考虑车船与桥墩动力响应的耦合关系,简化建立反映碰撞过程的质点-刚性杆-弹簧体系力学模型;基于d＇ Alembert原理,建立该碰撞体系动力学方程,结合结构动力学理论对方程进行理论分析;运用MATLAB编程进行数值分析,得到该碰撞问题的撞击力曲线.讨论分析了车船质量、碰撞速度和接触刚度参数对撞击力以及撞击时间的影响,得到了一些有意义的结论.通过算例与相关文献对比,结果基本吻合,验证了本研究方法的有效性和实用性.     

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。     

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。     

桥梁多次重撞击动力学响应的瞬态波效应法

为精确计算地震过程中桥梁的瞬态波响应,研究了多次重撞击现象对桥梁地震响应和安全性能的影响。针对剧烈竖向地震作用下梁可能偏离支座的双跨单墩连续梁桥,采用Ber-noulli-Euler梁模型描述上部结构和St.VENANT杆理论模拟桥墩结构。将竖向地震动以正弦激励形式的人工地震激励代替,应用瞬态波传播理论研究地震过程中上部结构和桥墩之间的多次重撞击现象。提出了计算桥梁多次重撞击瞬态动力学响应的瞬态波效应法。该方法避免了求解耦合重撞击力的强非线性方程,能够较精确地计算多次重撞击过程和分离过程中的瞬态波响应,准确描述结构中的撞击波传播现象。研究结果表明:重撞击力数值巨大;随着桥墩弹性模量的增大,最大重撞击力逐渐增大,而最大墩顶位移逐渐减小;竖向地震动引起的多次重撞击对桥梁的地震响应有较大影响,应当在连续梁桥的抗震设计中予以考虑。     

飞机对核安全壳撞击破坏效应的数值模拟

为了研究大型商用客机撞击核电站安全壳的破坏效应,通过建立精细化的空客A320以及岭澳核电站安全壳有限元模型,采用LS-DYNA软件对飞机撞击安全壳进行了数值模拟。分析结果表明:A320撞击力时程曲线出现3次明显的峰值,分别对应驾驶舱、引擎以及机翼(油箱)受撞击产生,其中引擎撞击导致最大峰值荷载。得到的撞击力时程曲线形状与已有研究结论相似,但因飞机型号、质量及撞击速度不同,撞击持续时间、峰值荷载大小及出现时刻存在明显差别。在飞机速度为100m/s撞击下安全壳损伤严重,撞击中心发生局部穿透并很有可能引发核泄漏。     

基于多尺度模型的立体车库车辆撞击性能研究

为了研究立体车库在车辆撞击下的性能,采用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立立体车库多尺度和精细化有限元模型,对比了两种模型的计算精度和效率,验证了多尺度模型的适用性.基于多尺度模型,对立体车库在撞击作用下的动力响应进行了分析,且研究了撞击速度、撞击质量、撞击位置和上部工况等参数的变化对结构动力响应的影响,进而对撞击力进行了研究,并将撞击力结果与中国规范、美国规范和欧洲规范进行了比较.研究结果表明:车辆对立体车库的撞击作用具有局部性;撞击速度和撞击质量对结构的动力响应影响较大,撞击位置与上部工况对其影响较小;撞击速度的变化对撞击力的影响最为明显,但当撞击作用导致被撞柱失效后,撞击力峰值不再随撞击速度和撞击质量的增加而改变;针对车辆撞击钢结构立体车库,中国规范和欧洲规范中对汽车撞击力的取值略显不安全,而美国规范中对汽车撞击力的取值较为安全.     

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.     

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...     

准静态侧向撞击下钢筋混凝土圆柱桥墩破坏模式判别

当大质量车辆高速撞击桥墩时,产生的巨大撞击力可能导致桥墩损伤甚至破坏。本研究准静态侧向撞击下,钢筋混凝土圆柱桥墩的破坏模式。首先根据经典结构力学理论得到桥墩截面最大内力,结合钢筋混凝土圆形截面抗剪、抗弯承载力计算式,得到钢筋混凝土圆柱桥墩抗侧向撞击破坏的强度条件,最后得到剪切、弯曲、剪切弯曲三种破坏模式的判别标准。采用ABAQUS有限元软件对三种工况进行模拟研究,结果表明破坏模式判别标准具有很好的有效性。     

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。     

桥梁复合材料防车撞吸能结构碰撞性能分析

针对在桥墩周围安装吸能结构可以降低车辆撞击对桥梁的情况,基于全尺寸复合材料吸能结构的台车撞击试验,通过对比试验和数值模拟结果验证有限元模型的有效性.在此基础上,考虑实际中更高撞击能量的情况,采用有限元方法分析不同撞击速度的吸能结构响应,并研究不同结构材料的耐撞性能.钢夹层结构能够吸收大部分动能并有效减小局部损伤,而复合材料蜂窝结构可以起到很好的支撑作用,同时把撞击力比较均匀地分散到整体结构,使更多结构参与吸能.计算结果表明钢夹层-蜂窝复合材料防车撞吸能结构具有良好的耐撞性能.     

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。