非通航孔桥梁防船撞系统恒阻力装置研究

为给非通航孔桥梁防船撞系统拦截过程提供稳定持续的阻力,提出了一种利用耗能索持续协同大变形和连续破断输出稳定阻力的恒阻力装置。恒阻力装置由主绳、耗能索、破断环及其它连接件组成,与自适应浮筒、拦截网、系泊浮体等装置共同组成非通航孔桥梁自适应恒阻力船舶拦阻系统,有效拦截偏航船舶,保护非通航孔桥梁和来撞船舶的安全。通过理论分析研究该装置的阻力输出特性,建立该装置的阻力输出力学模型与计算方法,并通过拉伸破坏试验验证计算方法的准确性,进一步对影响装置阻力输出的耗能索的初始间距、长度及伸长率进行分析。结果表明:恒阻力装置能够有效地输出稳定且持续的阻力;耗能索初始间距越小,恒阻力装置阻力输出越大,阻力输出越稳定;耗能索长度或伸长率越大,恒阻力装置阻力输出越大,阻力输出越稳定。该装置已应用于力洋港大桥非通航孔区桥梁防撞中,有效地保护了大桥的安全。

张靖皋长江大桥南航道桥南塔防撞方案研究

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双吊跨钢箱梁悬索桥,桥下船舶通航密度大、船舶平均吨位大、船舶碰撞概率高、南塔所受船撞力计算值大。经综合分析,传统被动防撞方案均不能很好满足南塔防撞要求,故提出采用锁口钢管桩围堰外挂软体护舷的新型防撞方案。该防撞方案通过在承台外围设锁口钢管桩围堰形成裙墙,在围堰外侧外挂软体护舷,并在围堰与承台之间空隙处填充耗能材料实现防撞及消能,裙墙同时兼作临时施工围水设施以及起到永久冲刷防护和船撞消能作用。为验证新型防撞装置的防撞效果并选择合适的耗能材料,进行船桥碰撞有限元分析。最终采用填充沙粒的新型防撞装置方案,该方案可削减36.68%南塔承台撞击力,防撞效果好。新型防撞方案施工简单,后期仅需对钢管桩作防腐处理,撞后便于修复,工程造价低。

桥墩被动防船撞设施发展评述

桥梁被动防船撞装置通过缓冲和吸收撞击能量,是保障桥梁在船舶撞击下结构安全的重要措施之一。由于各类防船撞设施的结构差异较大,其防护、维护等功能需求以及对航道环境的影响都存在较大差异。为此,首先梳理了被动防船撞装置的分类方法,针对钢浮箱、复合材料浮箱、钢围堰、普通橡胶护舷等各类防船撞装置的防护性能与研究应用现状进行了分析。结合对国内外35座特大桥梁开展的防撞措施应用状况调查,总结归纳了各类防船撞装置的特点与适用场合,梳理了当前各类防撞装置面临的技术问题。最后,针对未来被动防船撞设施的发展提出了钛钢复合板材和FRP复合钢板等高性能复合金属材料应用、GFRP部件连接新工艺与新形式研发、拦截索网自适应技术及其恒定阻力装置研发等有待进一步研究的问题和展望。调研与分析结果表明:通航孔桥墩以采用直接型防撞装置为主,对于非通航孔桥墩则采用间接型防撞装置,独立防撞钢管桩适用于内河航道非通航孔桥且水中桥墩较少的情形,人工岛目前应用较少。未来被动防船撞措施在强耐久性、高耗能以及受力稳定性方面,仍需进一步深入研究和改进,以提高桥梁被动防船撞措施的防护性能。

椭球形气囊防撞性能及影响因素分析

基于气囊优异的缓冲性能,设计了一种椭球形桥墩防船撞气囊,采用LS-DYNA软件分析了该气囊的防护变形以及能量耗散过程.结果表明:在该气囊的防护下,桥墩受力减小了64.66%,撞击作用时程延长了330.95%,气囊以泄气形式耗散的撞击能量达船舶初始动能的61.33%,对船舶与桥墩均具有显著的防护性能,其自身又可泄气恢复初始状态,达到桥墩、船舶、防撞装置的“三不坏”.对该气囊布设过程中影响气囊防护性能的初始内压、排气阈值、以及排气孔面积三个参数进行分析,给出了最佳初始内压区间、最佳排气阈值、以及最佳排气孔面积区间.

桥梁防撞夹层吸能结构的船舶碰撞性能及损伤研究

本文根据乌龙江大桥的基本情况、防撞等级要求,设计了加筋板、波纹夹层和填充泡沫的波纹夹层防撞套箱三种形式.建立船舶、防撞结构、桥墩的有限元模型,采用数值方法模拟船舶撞击防撞结构的动态过程.对比分析三种防撞套箱在船舶撞击下的撞击力、结构变形和能量吸收性能.结果表明:在钢套箱外面增加夹层结构,可明显提高吸能能力,减小防撞结构的损伤.

桥梁防撞钢套箱设计与连接方式比较研究——船舶正面碰撞下的有限元分析

建立了嘉绍大桥防撞钢套箱有限元模型,改变其钢板厚度,分析钢板厚度变化对钢套箱抗撞性能的影响;改变钢套箱与桥墩之间的连接方式,模拟不同连接方式对钢套箱抗撞性能的影响;改变套箱厚度,分析其对钢套箱抗撞性能的影响。结果表明,缓冲距离足够的情况下,钢板厚度减小,船舶撞击力峰值会减小;在相同条件下,密贴这种连接方式的抗撞性能弱于有浮动或者固定连接件连接这2种方式;套箱厚度变化对抗撞性能的影响不大,但是采用密贴连接时,需注意其缓冲距离是否足够。

长沙暮坪湘江特大桥主桥抗撞性能研究与防撞设计

为保证长沙暮坪湘江特大桥主桥船-桥碰撞安全性,对该桥进行了抗撞性能研究与防撞设计。采用LS-DYNA软件开展船-桥碰撞分析,确定设防船撞力;结合冲击谱近似方法确定设防船撞动力作用,计算桥墩动力需求与抗撞能力,评估结构安全性;针对主墩拱脚防护及过渡墩抗弯能力不足等问题,提出由UHPC面板、内置X型耗能钢板、EPS泡沫及D型防撞护舷等构成的钢-UHPC组合防撞设计方案,并开展防撞效果有限元分析。结果表明:除撞击力峰值外,最高水位工况下结构响应均大于最低水位工况;未设置防撞装置时主墩具有较好的抗撞能力,且有一定的安全富余,而过渡墩无法满足抗弯需求;主墩设置防撞装置能在1.5 s内将船舶侧撞速度降为0,有效地阻止了船舶侧向侵入,过渡墩防撞装置钢板厚10 mm时,撞击力峰值降低了35%,主要响应峰值降幅达40%~50%。

基于LS-DYNA的船-桥墩碰撞分析

基于ANSYS/LS-DYNA及Hypermesh建立了船舶-桥墩碰撞有限元模型,着重针对一典型工况对桥墩遭受撞击作用后的动力响应进行分析并确定其失效模式。然后通过模拟一系列的船舶撞击桥墩的工况为船撞力简化计算公式的拟合提供大量的数据样本并对得到的数据进行统计分析拟合出船撞力的简化计算公式,并与国内外相关规范的规定进行对比分析,相关结果表明,我国规范中规定的船舶撞击力相对偏小。

白沙洲长江大桥桥塔墩防撞关键技术

白沙洲长江大桥主桥为双塔双索面斜拉桥,桥塔均采用顺桥向单柱式、横桥向钻石形结构,基础为40根?1.55 m钻孔灌注桩,承台尺寸为32.4 m(横桥向)×20.4 m(顺桥向)×5 m(高),美国AASHTO规范模型计算显示桥塔墩年撞损频率较高,且原设计船舶撞击标准已无法满足当前通航标准及长江航运发展需求。为提升该桥桥塔墩的防撞能力,设计了组合型浮动式钢+复合材料防撞设施。该设施采用多级耗能体系及柔性防船撞结构,增强了大桥桥塔墩的防撞性能,并通过下塔柱增大截面补强使防撞设施在下塔柱范围内可随着水位自由升降,进一步增强了桥塔墩自身的防撞性能。下塔柱增大截面补强采用开口式单双壁组合型围堰,实现了补强的无水施工;组合型浮动式钢+复合材料防撞设施在工厂内分节段制造,并采用长效防腐技术延长了使用寿命。实施该防撞方案后,该桥桥塔墩能抵御3 000吨级满载船舶的水平撞击力,所受船舶撞击力明显低于桥塔墩自身的允许抗撞力,满足设防要求。

独立式桥墩防撞结构防撞性能研究

为了解独立式桥墩防撞结构(由钢管混凝土立柱、钢横梁等结构组成)抵御船舶撞击的能力,并选取合适的结构方案,以广州明珠湾大桥为背景进行研究。采用显式动力软件LS-DYNA建立船舶与独立式桥墩防撞结构计算模型,分析立柱间距4.8 m且不设防撞套箱(方案1)、立柱间距6.7 m且不设防撞套箱(方案2)、立柱间距6.7 m且设防撞套箱(方案3)3种独立式桥墩防撞结构方案在3000 DWT船舶中心碰撞和偏心碰撞下的结构动力响应和船舶损伤。结果表明:在中心碰撞下,方案2较方案1能有效减少撞击时迎撞立柱的位移和轴向拉力峰值,提高了独立式桥墩防撞结构的防护性能和承载能力,方案3的防撞套箱能起到缓冲消能的作用;在偏心碰撞下,方案3防撞套箱的旋转能够使船舶远离桥墩,保护桥墩和拱脚下弦杆不受船舶的撞击作用,具有良好的导向能力。设防撞套箱的独立式桥墩防撞结构已在广州明珠湾大桥中应用。

融合桥梁防撞主动预警及航道卡口一体化系统设计

近年来,为促进航运发展,降低物流成本,众多内河航道扩容升级工程提上日程,船舶发展日趋大型化。桥梁作为影响和制约航道安全通航的关键节点,船舶与桥梁之间的碰撞事故时有发生。如何有效地预防和管理桥梁与船舶之间的碰撞事故,成为航道管理部门和桥梁运行养护单位关注的焦点;如何有效地防止船舶与桥梁之间的碰撞事故,保障水域通航安全,已成为一个迫切需要研究的问题。

马鞍山长江公路大桥防撞设施隐患治理研究

文章围绕马鞍山长江大桥左汊主桥设置的自浮式复合材料防撞系统进行论述,对既有的防撞设施进行了全面的隐患排查。指出了防撞设施存在的隐患并进行了分析,提出了治理方案。通过隐患治理消除了既有防撞设施的病害,恢复了其使用功能,延长其使用寿命。

蜂窝夹层结构货车——墩柱防撞性能研究

基于蜂窝夹层结构良好的力学性能和耐撞性能,以货车撞击墩柱为背景,利用LS-DYNA软件,以六边形蜂窝结构作为桥墩保护装置,结合车速为60km/h,分析撞击后的撞击力——时程曲线、应力图、墩顶位移量、能量转换,验证蜂窝夹层结构具有良好的防撞性能。

浙江温州永宁大桥防船撞方案研究与数值模拟

为保护温州永宁大桥通航安全,根据大桥所处水域特点及桥墩抗船撞能力,设计并安装了防撞装置。应用ANSYS/LS-DYNA考虑碰撞方式的影响,建模分析船舶撞击桥墩时的撞击力,根据计算结果评估桥墩抗船撞能力。同时对比桥墩在有无防撞设施两种情况下遭受船舶正、侧撞的有限元数值模拟结果,研究防撞装置的保护效果。结果表明,与未安装防撞装置的桥墩相比,船舶受到的撞击力明显降低,延长了撞击时间,降低了船桥碰撞过程中桥梁和船舶的损伤。

一种新型FRP桥墩防撞浮箱结构

介绍了一种具有自定位功能的弱接触连接构造和具有高消能效果的新型FRP桥墩防撞浮箱结构,它可适用于桥区水位变幅较大和墩的抗力远低于其设防船撞力的桥墩防撞保护工程,可获得"既不伤墩、又少伤船、还少结构自伤"的最佳防护效果,是实现桥墩"和谐防撞"与"长效防撞"的技术创新尝试。

桥墩防撞装置碰撞动力学分析

运用非线性有限元基本理论 ,采用国际上广泛使用的大型结构分析程序 LS-DYNA,建立了船舶和桥墩防护装置的三维有限元计算模型 .分析了防护装置碰撞特点、船首及构件的损伤和吸能特性 ,得出了主要吸能结构吸能比例 ,碰撞力曲线的非线性特点 ,船体和防撞装置外板是主要的吸能结构等结论 .

某公路工程双塔组合梁斜拉桥的桥墩防撞设计探讨

为有效提升桥墩防撞设计合理性,充分发挥防撞效用,确保桥墩及船舶运行安全,该文章以某双塔组合梁斜拉桥为背景,根据桥墩类型、船只规模、河流流速、水位变化等各方面因素,科学实施桥墩防撞设计,并借助船撞动力仿真模型对防撞效果实施模拟分析。结果显示:1)该斜拉桥桥墩防撞设计时应以A ASHTO标准为依据;2)采取兼具围堰功能的漂浮式柔性钢套箱防撞设计方案,3000t船只正撞、侧撞条件下,相较于未防护桥墩,其船撞力大幅度下降,最大降幅高达48.1%,船体变形程度显著减小,桥墩遭受的冲击作用减弱,有效保证桥墩及船只安全,达到了预期防碰撞效果。

基于刚柔匹配的桥梁柔性防撞装置研究

为避免船舶与桥墩相撞时两者出现较大损伤,基于刚柔匹配、柔性导向原理,提出在桥墩上设置一种由外钢围、防撞圈和内钢围构成的新型柔性防撞装置,对比分析分别设置普通刚性防撞装置与该新型柔性防撞装置的情况下,船舶正撞及斜撞防撞墩时防撞装置与船舶的动力学行为、能量转换关系,并进行实船撞击试验验证新型装置防撞效果。结果表明:新型柔性防撞装置可将船舶撞击的集中力转化为分布力,相比于普通刚性防撞装置,正撞时最大撞击力降低了56%,撞击时间延长了84%,斜撞时最大撞击力降低了37%,撞击时间延长了67%,提高了防撞效率;刚柔匹配的柔性防撞装置可有效拨转船舶航向,降低了撞击过程中的能量交换。实船撞击试验结果表明:新型柔性防撞装置整体安全、可靠,能较好地应用于桥墩防撞中。

基于碰撞仿真的桥梁船撞力规范公式的比较研究

对国际上现有的主要桥梁船舶撞击力的简化估算公式进行了概要的总结。分别针对刚性壁情况和两个工程实例进行了船舶撞击力的仿真计算。在此基础上,对AASHTO规范船舶撞击力公式,欧洲统一规范船舶撞击力公式和我国铁路桥梁船舶撞击力规范公式的适用性进行了分析和评述。指出了这些规范公式存在的一些问题,为正确地理解和使用这些提出了建议。

船与刚性桥墩的碰撞性能分析

运用非线性有限元基本理论,采用国际上广泛使用的大型结构分析程序LS-DYNA,建立了船舶、刚性桥墩的三维有限元计算模型.分析了碰撞力的大小、船首及构件的损伤和吸能特性,并与经验公式计算结果进行了比较,得出了有关船撞力大小和分布规律的结论.