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。

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。

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。

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。

南沿江城际铁路望虞河大桥防撞方案选择

望虞河特大桥是江苏南沿江城际铁路通航孔桥的控制性工程。水中墩158#、159#桥墩位于望虞河河道内,为落实地方政策变化并满足防撞要求,根据地方提供依据需增设桥墩防撞设施。结合桥区通航条件及桥梁自身特点等因素,提出了多种防撞保护方案进行比选,综合考虑防撞效果、使用年限、后期维护、经济性等因素,推荐采用固定式钢复合材料柔性防撞设施。

沿河布设桥梁防船撞措施研究

沿通航河流建设的桥梁存在船舶撞击风险,但由于沿河桥梁涉及墩柱数量多,防撞设施设置受行洪、景观、造价等因素影响显著,故其防撞设施设置不同于跨河桥梁。文章以某高速公路沿河桥梁为依托,结合有限元分析结果,提出了多种防撞措施方案,并进行了综合比选,为类似工程桥墩防撞问题提供参考。

基于数值模拟的桥墩防船撞钢浮箱防撞性能分析

文章以思林右江大桥为实际工程依托,综合考虑桥梁自身结构特点、所处环境等因素,设计一种桥墩防船撞钢浮箱,提高了桥墩的抗撞性能。通过建立桥梁结构有限元模型、钢浮箱有限元模型和船舶有限元模型,采用MAT_PLASTIC_KINEMATIC专用有限元软件对有无防撞措施两种工况进行模拟,并对桥墩防船撞钢浮箱的防撞性能进性计算分析。结果表明,安装该种防船撞钢浮箱后可有效提升桥墩防撞性能,可为今后此类桥梁防撞性能研究工作提供工程参考。

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。

跨海长桥非通航孔防船撞拦阻设施系泊系统水动力分析及优化设计

以港珠澳大桥非通航孔桥防船撞工程为背景,建立全尺寸自适应恒阻力船舶拦阻设施多浮体系泊系统的水动力计算模型,利用AQWA水动力计算软件,开展风浪流耦合作用下多浮体系泊系统的动力学响应计算,重点讨论系泊锚链自重、布设角度、锚链长度等因素的影响规律。计算结果表明:在锚链布设角度和锚链长度恒定条件下,随着锚链的自重增大锚链所受最大张力以及系统的动态响应均呈非线性减小,链径为78 mm的锚链可兼顾安全性与经济性要求;锚链的不同布设角度对多浮体系泊系统的动力响应影响明显,经综合对比分析,得到最优锚链的铺设角度为α=40°、β=40°;在10 m水深的条件下,系泊系统的动态响应随着锚链长度增大而增大,而锚链受力则随着锚链长度的增加而减小,优化比选后,确定最优的锚链长度为36 m。研究成果能够为浅水水域海洋工程结构物的系泊系统优化设计提供参考。

自浮式防船撞装置滚动构件性能分析

为减少自浮式防船撞装置在水位变化作用下与桥墩的相互磨损,提出一种具有熔断能力的滚动构件,可与防撞浮筒共同形成整体自浮式防撞装置,将防撞装置与桥墩的滑动接触变为滚动接触,同时实现防撞装置在不同撞击强度下的多级耗能。防撞浮筒由钢材及功能材料组成,滚动构件由纵肋板、加劲肋、螺栓剪力销等组成。当螺栓剪力销所受剪力小于设计熔断力时,由浮筒弹性耗能,即一级耗能;螺栓剪力销所受剪力达到设计熔断力时,螺栓剪力销断裂,橡胶护舷与桥墩接触,橡胶护舷压缩变形耗能(二级耗能),进而钢浮筒塑性变形耗能(三级耗能)。通过LS-DYNA软件对原型及刻槽优化后滚动构件进行熔断行为模拟,并进行船舶撞击整体防撞装置动力过程模拟,分析滚动构件的可靠性及在防撞装置中的防撞性能。结果表明:滚动构件可实现熔断行为,刻槽优化后能使螺栓剪力销断裂行为更精准,熔断行为更可控;钢浮筒与滚动构件组合形成的防撞装置能够使整体装置依次进入三级耗能,且在桥梁实际应用中具有可更换、易于维修的特点。

钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能研究

由于钢-橡胶组合式防撞浮箱被小型船舶撞击后防腐涂层易被破坏,引起箱体进水、防撞装置下沉等问题,因此多采用新型的钢-UHPC组合式防撞浮箱。为了解钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能,采用数值模拟的方法,从船舶撞击速度以及角度2个方面探究钢-UHPC组合式防撞浮箱对削减桥墩受到撞击力的影响。结果表明:1)钢-UHPC组合式防撞装置具有良好的削减撞击力的能力,大约在30%~40%;2)该防撞装置对撞击力的削减在正撞下随速度增加而增强,在20°斜撞下随速度增加而减弱,但都能达到30%以上;3)大角度撞击下防撞装置对撞击力的削减效果十分明显,主要是由于该装置具有较好拨转船头效果。钢-UHPC组合式防撞浮箱在实际应用中具备良好的防撞性能,可起到保护桥墩、防止桥墩破坏的作用。

基于重叠网格的桥墩防撞浮箱流场特性数值研究

为了揭示桥墩加装防撞浮箱后的水动力性能及流场特性,基于重叠网格方法,以典型的圆形自浮式浮箱-桥墩系统为例,采用雷诺应力(RSM)湍流模型,利用VOF方法捕捉自由液面,同时考虑浮箱升沉位移,建立了三维数值计算模型。通过与实验数据对比,验证了数值仿真方法的合理性和结果精确度;以重叠网格技术实现浮箱的升沉垂荡运动,研究了水流流速和水深变化对防撞浮箱的升沉垂荡、动力响应和流场特性的影响。研究结果表明:水流流速主要影响防撞浮箱的升沉位移值,而水深主要影响防撞浮箱的垂荡历程;防撞浮箱在3个方向上的力系数基本都是随水深的增加而下降,但较低流速时,力系数随水深的增加下降趋势较为平缓,纵向力系数随水深的增加先略微上升后再下降;防撞浮箱的垂荡与垂向力有关,较低流速下浮箱垂向力的变化周期随水深的增加而增大,较高流速下,防撞浮箱产生强烈的垂荡,周期变化规律完全消失。

桥墩防撞设施对紊流宽度影响的研究

不同形式的桥梁防撞结构会造成不同的紊流宽度,进而影响船舶安全通航;故有必要对防撞设施引起的紊流宽度影响机制进行研究。运用计算流体力学方法对不同防撞设施下的三维流场进行模拟,测得各工况下的桥墩紊流宽度,分析了涡量场和速度场对紊流宽度的影响。研究结果表明:尖艏型防撞设施的紊流宽度最小,而圆艏型防撞设施的紊流宽度最大。原因在于尖艉具有隔离作用,能有效削弱防撞设施两侧剪切层与展向涡之间的相互作用,起到部分整流作用,特别是当大尺度的展向涡破碎成小尺度的小涡情况得到缓解,涡体位置相对集中,而圆艏型防撞设施放大了桥墩阻水特性,造成紊流宽度增大;为减小防撞设施对紊流流态影响,应采用尖艏型防撞结构形式。

甬舟铁路桥梁防船撞设施设计及应用

为防止发生船舶与铁路桥梁碰撞事故,提升铁路桥梁的安全性,以甬舟铁路桥梁为例,开展防船撞设施设计。阐述铁路桥梁防船撞理论、相关设施的发展现状和甬舟铁路桥梁的概况,通过数值模拟方法分析不同类型船舶与桥梁碰撞的撞击力,在此基础上开展主动和被动防撞设施设计,得到甬舟铁路桥梁防船撞设施设计方案。实践结果表明,该防船撞设施设计方案能提升桥梁的整体安全性,降低船舶撞击对桥梁造成的损伤。该研究可供同类型桥梁的防护设施设计参考。