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。

钢丝网FRP复合板材抗撞性能研究

传统FRP复合材料被撞击时呈现脆性剪切破坏,抗撞能力较弱。本文提出在传统复合板材内部利用高性能钢丝网部分代替纤维布,通过钢丝网FRP复合板材拉、弯、剪、冲试验以及耐久性试验,分析了不同目数规格钢丝网、不同纤维铺层方式下板材力学性能,研究表明:较传统FRP复合材料,钢丝网FRP复合板材剪切强度最优可提高20-30%,抗冲击性能明显提高,耐腐蚀性能良好。

基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法

为确保桥梁碰撞事件中的桩基安全,基于经试验验证的有限元模型,分析了不同钢护筒长度和碰撞工况下的桩基损伤状态。研究发现,同等碰撞工况下,增加钢护筒长度有利于减轻桩基损伤,且钢护筒满足最优长度后损伤程度最轻。桩顶峰值位移可表征基桩损伤严重程度,桩顶峰值位移越大,基桩受撞损伤程度越重。据此,提出基于桩顶相对位移的损伤指标。该指标不仅可以量化基桩受撞损伤程度,还有效规避了桩基尺寸参数的影响。以该损伤指标为性能水平参数,可有效对应按损伤状态划分的四级抗撞性能水平,即正常使用、修复使用、生命安全和预防倒塌。在此基础上,提出了基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法,并阐述了具体步骤。

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%。

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。

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。

跨内河航道城市桥梁抗撞性能评估

对跨内河航道的城市桥梁抗撞性能进行了分析,采用强迫振动法模拟船舶的撞击行为,通过有限元数值模型计算,验算桥梁下部结构的抗剪强度、抗弯强度、弯曲变形性能及桩基础整体稳定性,对桥梁抗撞性能进行了科学评估。

双肢薄壁墩连续刚构桥抗撞性能研究

连续刚构桥常位于航道之上,其双肢薄壁墩截面尺寸较小,抗船撞能力可能会有不足。文章以实际工程为背景,研究了双肢薄壁墩连续刚构桥抗撞性能。在计算分析通航船舶、撞击参数、结构撞后响应及抗撞性能后发现,连续刚构桥具有较好的抗撞效果,只需设置简单的防撞击设施,就能对船舶和桥墩起到良好的保护作用,同时从桥型、结构和配筋上深层次地分析了抗撞性能好的成因。研究成果可为同类桥梁抗撞方面提供借鉴。

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。

洙水河麒麟桥通航安全风险及抗撞性能研究

以跨越洙水河航道的麒麟桥为工程背景,结合相关规范,并借助有限元分析软件,对桥梁通航安全风险及抗撞性能进行研究。结果表明:桥区通航安全风险较高,桥梁抗撞性能不满足规范要求。研究结果可为后续桥梁防撞能力提升设计提供理论支撑和参考依据。

具有不同诱导槽结构的薄壁圆管抗撞性优化

在金属薄壁圆管(原模型)的基础上,分别引入不同形式的圆弧形诱导槽结构并以其为研究对象,建立以诱导槽半径、槽端距、槽间距为优化参数,以比吸能和最大峰值碰撞力为评价指标的多目标优化模型。分析研究了诱导凹槽、凸槽及凸凹交替的诱导槽结构对薄壁构件吸能、最大峰值碰撞力的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的不同形式的诱导槽半径、槽端距及槽间距,从而得到了不同形式的理想诱导槽优化结构。

参数化诱导槽设计的吸能盒结构抗撞性多目标优化

针对车身前部抗撞部件吸能盒结构的常见的方形截面薄壁锥管,研究了其在低速冲击工况下的最佳抗撞性能模型优化。将压溃力效率及比吸能作为评价指标,建立加权组合形式的多目标优化模型。分析研究分布设置诱导槽对结构吸能与压溃力的影响,选择诱导槽设定的可行区域。以槽的个数、非均匀分布的槽间距离及槽的深度等作为优化参数,合理选取样本点后,分别应用三次多项式响应面法及径向基法构建其有效代理模型,并采用粒子群法进行优化设计,得出使结构最优的诱导槽位置分布及数量。仿真分析验证了本文方法的有效性。