既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法及应用

如何合理有效地开展桥梁抗撞性能评估,特别是准确评价防撞设施的防护效果,是已建桥梁进行船撞桥隐患整治的难题之一。为准确评估已建桥梁加装防撞设施后的抗撞性能,基于现有规范及相关研究成果,结合大量工程项目经验,从抗撞性能评估总体环节、抗撞性能标准确定、设防代表船型确定、船舶撞击力计算、防撞设施防护效果分析、桥墩船撞效应计算及抗撞性能验算等方面,建立了既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程。以某长江公路大桥3~#主墩为例,运用上述方法进行桥梁抗撞性能评估。结果表明:典型计算工况下,防撞设施较好地发挥了耗能缓冲防护效果,延长了撞击时间,削减了船舶撞击力,对船舶正撞及侧撞峰值力削减率分别为47.2%和51.6%;不考虑防撞设施防护效果时,3~#主墩抗撞性能不满足要求,主要表现为墩身及桩基横桥向抗剪性能不足;考虑防撞设施防护效果后,墩身及桩基横桥向抗剪性能不足得到改善,桥墩抗撞性能可满足要求。既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程系统全面,可用于已建桥梁防撞设施评价及抗撞性能评估。

大跨梁-拱组合刚构桥船撞力和抗撞性能研究

梁-拱组合刚构桥是一种新桥型,船撞研究较少。该文以礼嘉嘉陵江大桥为工程背景,研究大跨度上承式梁-拱组合刚构桥梁的船撞力标准值和抗撞性能。首先确立了代表船型和船撞计算工况,利用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元瞬态动力软件模拟了单墩模型在各工况下船桥碰撞过程,并对比了船撞力有限元仿真结果与多种经验公式计算结果。最后利用全桥模型和验算截面的极限承载力反推得到桥墩的极限抗船撞力,对桥墩的抗撞性能进行了评估。结果表明:船撞力具有很强的非线性波动特征,船艏最大撞深发生时刻滞后于最大撞击力发生时刻,船桥碰撞过程中的系统能量主要是由船舶动能转化为船艏局部变形内能;不同的船撞力经验公式的计算结果相差较大,推荐采用动力仿真模拟值;极限抗船撞力验算结果表明礼嘉嘉陵江大桥主墩的抗撞性能满足要求。

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%。

金属波纹管连接混凝土防撞墙抗撞性能研究

【目的】研究装配式混凝土防撞墙抗撞性能。【方法】设计金属波纹管连接装配式混凝土防撞墙,并对其抗撞性能进行了试验与有限元研究,重点对水平撞击作用下装配式混凝土防撞墙破坏形态、受力全过程以及抗撞性能影响参数进行了分析。分别考虑防撞墙根部连接形式、连接钢筋间距与撞击能量对抗撞性能的影响。【结果】研究结果表明:摆锤撞击作用下,主要在试件背部产生环形并向四周扩展的裂缝,迎撞面撞击位置局部混凝土压碎,根部钢板与底座混凝土脱离;有限元模拟试件的破坏机理、冲击力时程曲线及跨中挠度时程曲线与试验结果基本吻合;随着撞击能量提高,构件冲击力峰值明显升高;增加底部角钢与钢板连接及加密连接钢筋均可有效降低试件跨中挠度。

船舶碰撞作用下通航孔桥墩的抗撞性能评估

针对跨越航道的桥梁水域通航环境复杂,易发生船桥碰撞事故的问题,以某跨江斜拉桥工程实例为对象,对船舶碰撞作用下通航孔桥墩的抗撞性能进行了评估.采用LS-DYNA仿真软件模拟船舶撞击桥墩的过程,获得船舶的撞击力,再计算桥墩在船舶撞击、自重和浮力等荷载组合下的力学响应,并将这些力学响应与桥墩在破坏临界状态下的力学指标进行比较,最终实现了桥墩抗撞性能评估.研究结果表明,28#和30#桥墩墩柱的抗弯、抗剪验算不满足要求,需要进行加固并设置防撞设施.

跨江旧桥抗撞性能分析

采用基于数学模型的船撞概率分析方法,通过MIDAS/Civil时程分析,输入节点动力荷载,采用JTG/T 3360-02—2020《公路桥梁抗撞设计规范》中强迫振动法计算某预应力混凝土连续刚构桥主桥主墩及过渡墩的船撞效应,同时对该桥抗撞性能进行验算分析,得到主桥各墩可承受的最大船舶限制吨位及抗撞性能,并据此提出处置措施。

汽车前纵梁抗撞性能优化研究

纵梁是车身重要的零部件,具有强度要求高、工艺难度大等特征,是汽车碰撞过程中的关键缓冲吸能结构之一,其抗撞性能对整车安全水平有显著影响。本文以某车型使用的S型前纵梁为例,利用有限元模型进行了抗撞性能的分段式分析,提出了拼焊板式S型前纵梁的性能优化方法,以期为同类产品设计提供参考,提升汽车整体安全水平。

利用钢管扩胀变形吸能的特性提高汽车抗撞性能

通过使圆形钢管的内孔扩胀变形,可以实现很高的吸能效果。有限元仿真分析表明,钢管扩胀变形的单位行程吸收能量大,阻力恒定,对碰撞角度误差不敏感,适合于用作汽车正面碰撞吸能。在某轻型客车上安装钢管进行的碰撞试验验证了其优异的吸能效果。

异质金属夹层板的动态抗撞性能研究

异质金属夹层板具有优越的性能(比刚度高、耐撞性好等),在航空、航天、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。对异质金属夹层板进行了碰撞载荷作用下的性能研究,采用有限元数值模拟的方法对碰撞过程中不同截面参数夹层板的变形能进行数值求解计算,并利用响应面方法构建了夹层板的比吸能近似函数,从而得到截面参数对夹层板抗撞性能影响规律。研究发现,为了提高夹层板的抗撞能力,应在保证夹层板有足够强度的基础上,尽量减薄面板的厚度。

清云高速肇云大桥抗撞性能分析

航道桥梁近年来多次发生船舶碰撞桥梁的事故,而这些事故的发生不仅影响到交通运输,还会影响到经济发展与社会安全,因此在大桥通航前对其碰撞性能分析很重要。通过对清云高速航道水流以及通航需求进行调查分析,结合统计数据,提出了该处设防代表船型并给出了船速的建议值,并以此为依据对几种工况下桥梁的抗撞性能进行分析,结果表明:无论是发生横向碰撞还是纵向碰撞,弯矩和剪力的最不利位置都存在于塔底(墩底)截面和桩顶截面,但是无论哪种工况下的碰撞,桥梁的安全系数均高于规范规定的要求,因此在正常通航船型情况下,桥梁的安全性是可靠的。

异质金属曲面夹层板上面板抗撞性能研究及多目标优化

异质金属曲面夹层板具有优越的综合性能(比刚度高、耐撞性、轻质等),在航空、航天、高速列车、船舶等领域得到广泛应用。针对异质金属曲面夹层板上面板,进行了碰撞载荷作用下的性能研究。采用有限元数值模拟的方法对碰撞过程中不同上面板参数夹层板的综合性能进行数值求解计算,并利用响应面方法构建了上面板综合指标近似函数,从而得到上面板参数对夹层板抗撞性能影响规律。

轴压比对圆中空夹层钢管混凝土抗撞性能的影响分析

轴压比是影响圆中空夹层钢管混凝土构件抗撞性能的一个重要参数,因此,在前期试验研究基础上,采用ABAQUS建立了圆中空夹层钢管混凝土构件在侧向撞击和轴力荷载耦合作用下的有限元分析模型,研究了不同轴压比下构件抗撞工作机理,并以名义截面含钢率、空心率与材料强度为主要参数,重点分析了轴压比对构件抗撞性能的影响。结果表明:在侧向撞击和轴力荷载耦合作用下构件主要发生受弯破坏,外钢管与混凝土的塑性变形是构件的主要耗能机制;当轴压比从0增大到0.5时,构件的抗撞性能先增强后减弱;随着构件名义截面含钢率、空心率和外钢管屈服强度的增大及混凝土强度的减小,轴压比对构件抗撞性能的有利影响范围分别减小约75%、57%、15%和18%。

南宁三岸邕江大桥通航安全风险及抗撞性能研究

文章通过分析桥址水流情况、船舶可达性、通航净空尺度等影响因素,对南宁市三岸邕江大桥桥梁通航安全风险进行评价,提出了完善助导航标志、增设通航净高标牌和乙类标志、加强信息发布和安全监督管理等应对措施。同时,综合考虑船撞角度、船撞速度等影响计算出船撞作用力,建立空间有限元模型进行船撞效应和抗撞性能分析,并结合桥梁所处桥位的特殊条件,提出了采用主动防撞预警系统,以提高桥梁防撞性能。

既有航道桥梁船舶撞击风险评估及抗撞性能分析

以上海市一座既有高航道桥船舶撞击风险及抗撞性能评估为例,建立既有航道桥梁船舶撞击风险评估和抗撞性能分析方法框架,包括船舶撞击风险隐患识别和综合评估研究。风险隐患识别研究包括桥梁航标校验、通航净空尺度复核以及新老抗撞性能标准的对比;综合评估研究包括通航水域通航安全风险分析和结构抗撞性能分析。研究为类似桥梁的评估分析提供参考。

肇云大桥船撞概率风险及抗撞性能评估

肇云大桥为主跨738 m双塔双吊悬索桥,为评估桥墩结构抗撞性能是否满足要求,根据实际通航船舶现状,采用概率风险分析法确定设防代表船型为5000 t级船舶,通过有限元建模实现强迫振动法,得到船撞桥的撞击力动力响应,基于理想弹塑性模型,计算桥墩的等效屈服弯矩。结果表明:桥梁抗撞性能满足规范要求,桥墩构件最小安全储备系数为1.22,桥梁失效概率满足船撞作用设防水准L2级。

某桥梁通航安全风险及抗撞性能评估

本文结合工程实例,对水中设墩的跨航桥梁进行风险评估。一方面从通航安全风险角度,对桥区航道、水流水深、航标配布、通航净空尺度、船舶通航秩序、相邻设施影响等进行分析。另一方面研究桥墩抗撞性能,从力学角度,利用有限元模型,验算桩基及墩柱受力。通过本文的分析研究,为今后此类跨航桥梁的风险评估工作提供了一定的思路和工程经验。

在役拱桥通航安全风险及抗撞性能的综合评估

随着我国交通基础设施建设的迅速发展,跨越通航水域的桥梁日益增多,然而船舶碰撞跨河桥梁存在的风险问题也逐渐增多,频频发生事故。为了提高在役拱桥通航安全风险及抗撞性能,文章以某在役拱桥为例,对大桥通航安全风险进行研究。研究发现,该桥存在桥梁通航净空尺度、防撞标准较低,桥梁未建设防撞设施,以及桥区导助航和警示标志不够完善等安全风险,针对上述风险,开展了桥梁抗撞性能评估和桥梁抗撞性能验算,结合评估及验算结果发现,该桥风险隐患程度等级为一般。

某特大桥通航安全风险及抗撞性能研究

不定期对桥梁进行安全评估是桥梁正常服役的保障。为了研究某特大桥的通航安全风险和抗撞性能,现针对通航安全风险评估、抗撞性能验算及实际船舶碰撞通航孔的目标超越概率等方面,基于有限元模拟、数据调研和实际勘察相结合的方式,对特大桥的通航安全风险及抗撞性能进行了研究。结果表明:(1)由于桥梁所在河道存在一定的弯度,上下行船舶存在靠近弯曲半径较大的一侧航行的现象,上下行船舶航路交织;(2)若船舶未按规定的通航水域航行,则存在碰撞桥梁下部结构的风险;(3)实际过桥船舶其船舶撞击力超越桥墩抗撞能力的概率趋近于0,目标超越概率小于设防水准L1对应的失效概率0.0001。

规划航道桥梁抗撞性能研究

为了评估规划航道提升等级后桥梁的抗撞性能是否具备抵抗船舶撞击的能力,文章以白沙大桥为依托工程,明确桥梁抗撞性能分析流程,采用Madis Civil软件建立桥梁有限元模型计算其弯矩及剪力效应值,通过对弯矩及剪力效应值进行强度验算以评估桥梁的抗撞性能。结果表明:当规划航道的等级远高于桥梁所处的原航道等级时,船舶对桥墩的撞击损坏面位于中下部位;白沙大桥在规划Ⅱ级航道等级中受到2000 t的船舶撞击时,其抗撞性能较差,抗剪效应值几乎高出抗弯承载力两倍,无法抵抗船舶撞击时所产生的抗剪效应,对桥墩造成抗剪破坏。

某通航桥梁抗撞性能评估

本文通过某在役通航桥梁抗撞性能的研究,利用Midas/Civil建立全桥有限元模型,并模拟桩—土相互作用,验算桥梁抗撞承载能力及变形是否满足规范要求。希望通过本文的研究,为此类桥梁的抗撞性能评估提供经验。