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。     

船桥碰撞力的评述和展望

介绍了国内外近几十年来有关船桥碰撞的发展、应用状况和研究成果。综述了所获成果的船桥碰撞机理以及碰撞理论和方法,评述了各国船撞力的实用计算公式,并作了算例比较。提出了今后有待进一步研究的发展趋势。     

基于AIS数据的船桥碰撞概率评估方法研究

针对船桥碰撞风险评估中桥梁船撞概率计算问题,基于自动识别系统(AIS)数据获得桥梁船撞影响参数,以解决现有方法中没有考虑特定桥梁航区实际通航船信息的问题.基于AIS数据分析了航行船舶动态,获得了船舶位置、航速和偏航角等参数,分析了船舶交通流,并以实际的船舶交通流对AASHTO规范模型中的几何概率进行修正;基于内河流域水流变化规律对AASHTO规范模型中的偏航概率进行修正,对比分析了修正前后的结果差异.结果表明:AASHTO规范模型没有考虑通航船舶的实际航道和速度变化情况,会导致所计算的桥梁船撞概率结果误差较大;对于船舶航行情况复杂的桥区,有必要采用基于AIS数据获得的实际通航船舶信息来估计船舶在桥区的分布情况,以提高计算结果的准确性;对于水流流速变化达到3 m/s,流向角变化达到3°的流域,应考虑水流变化对碰撞概率的影响.     

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。     

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.     

关于碰撞振动问题的若干研究

总结了作者近年来对弹性结构碰撞振动的建模与模态截断、周期碰撞稳定性与分叉、柔性梁碰撞振动类型的实验研究.     

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.     

土壤碰撞接触问题的离散节点方法

基于土壤材料的理想弹塑性模型,利用Drucker-Prager强度准则,分别建立土壤法向和切向承载强度与压入量之间的等效关系.通过离散土壤地表外貌形成具有接触力节点单元的土壤力学模型,分析土壤接触碰撞问题.数值计算结果与相关文献的实验结果相吻合,验证了方法的有效性.     

无传感器机械臂碰撞估测及处理策略研究

针对机械臂在工作过程中与人体发生的意外碰撞,提出了一种新型碰撞力估测方法和接触碰撞后安全响应控制策略。当检测到的碰撞力矩超过设定动态限值的力矩时,系统认为碰撞发生。当碰撞发生时为了保证碰撞对象与机械臂的安全,系统采用PID控制策略使得机械臂远离事故现场。该控制策略将碰撞作为一种扰动,作用于机械臂的每一处关节上。即将复杂的空间动力学的运算简化到了关节处二阶线性系统的控制。以UR机器人为例,模拟了工业现场的情况。首先进行了仿真分析,而后在UR机器人安全模式内(碰撞力小于150 N)进行了碰撞试验。实验结果表明提出的碰撞力估测方法与控制策略实现了机械臂"碰撞—躲避—恢复工作"的功能,能够有效的保护被撞对象以及机械臂本体。     

山区通航桥梁船撞概率合理性研究

山区河流航道弯曲复杂并且多雾、滩多流急、船舶驾驶难度较大,加之理想桥位较为稀缺,往往在短距离内修建多座桥梁或将桥位布置在分汊河道上,极大增加了船舶碰撞桥梁的风险概率。目前业内广泛采用的美国AASHTO概率模型在计算偏航概率时,并未充分考虑山区河流建桥影响及航道特征等重要影响因素。通过分析桥梁间距、分汊等河道条件以及能见度对船撞桥风险的影响,提出了一个对偏航概率经验公式的修正计算方法。经选择山区航道上较为典型的石板坡长江大桥复线桥为代表,对修正前后的风险概率计算成果分析表明,考虑航道特征和建桥等影响后得到的风险概率评价结果较为合理。     

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。     

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...     

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...     

结构分析软件应用的教学探讨

近几年的研究生教育中,各种结构分析软件起到相当重要的作用,实现了以结构试验为基础,以结构计算力学为方法,在结构弹性、材料非线性、几何非线性和双重非线性方面进行仿真分析.本文在多年的结构分析软件应用中探讨结构分析软件的教学模式,采取一些措施让学生更快更有效地学好这些大型软件.     

快速形成悬索桥结构有限元模型的方法

基于悬索桥结构组成的某些规律性 ,提出了一种快速形成其有限元计算模型的方法 ,避免了因输入大量数据引起的繁琐易错 .汕头海湾大桥的应用实例 ,证明了该方法的可行性     

基于有限元法的桥梁结构稳定性分析

为探讨桥梁结构稳定性分析的方法,以二节点平面杆单元为例,采用有限元法推导了桥梁结构稳定问题的单元刚度矩阵,利用所得单元刚度矩阵和FORTRAN语言编制了有限元分析程序,然后对一门式桥墩中墩的结构稳定性进行了分析,并将临界荷载与欧拉公式及ANSYS所得结果进行了比较,从而验证了该单元刚度矩阵和该有限元法的正确性。     

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。