自浮式钢箱-软体多级耗能防船撞装置撞击试验研究

为避免船舶与桥梁相撞时两者出现较大损伤,提出了一种设置在桥塔下塔柱处的新型自浮式钢箱-软体多级耗能防船撞装置。为验证该新型防船撞装置的可靠性,参照实际工程,设计、制作缩尺比为1∶10的新型防船撞装置模型、钢箱防船撞装置模型及无防护的刚性墙模型进行水平撞击试验,结合有限元计算,对比分析各模型破坏模式、动力时程响应及撞击过程中的能量耗散情况。结果表明:相比于钢箱防船撞模型及无防护的刚性墙模型,新型防船撞装置模型受到撞击后,软体能够有效保护船艏;新型防船撞装置对船撞力峰值削减幅度达31.88%。新型防船撞装置可较好削力、削能,可有效减轻撞击过程中船舶、桥墩、防撞设施损伤程度。

独柱墩-自浮式防船撞装置波浪荷载研究

针对独柱墩-自浮式防船撞装置耦合体系,开展室内波浪力试验并总结相关规律,利用试验结果验证校准AQWA数值模型。根据结构所受波浪压强的分布情况,利用Morison公式提取相应的荷载并得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形式和大小、防撞装置自浮比等影响因素,计算结构惯性力系数和接触力系数与相关因素的定量关系。研究表明:自浮式防撞装置起伏运动产生辐射波浪,使墩柱波压强数值偏大但不改变总体分布趋势。结构间接触力随机变化,可把结构接触力与墩柱波浪力之间的比值定义为接触力系数。计算得耦合体系中墩柱的惯性力系数达到2.175左右,防撞装置的惯性力系数达到2.125左右,接触力系数达到1.340左右。

内河桥梁防船撞装置研究

本文采用LSDYNA通用显式有限元软件对某内河四级航道内的主墩进行船撞模拟分析,研究了新型防船撞装置对桥梁防护的影响。

独柱墩-固定式防船撞装置波浪荷载研究

以跨海航道桥梁安全为背景,进行独柱墩及独柱墩-固定式防船撞装置结构波浪力研究。开展室内缩尺试验,验证并校准Fluent三维数值模型的准确性和有效性。利用最小二乘法分解墩柱水动力为Morison方程的形式,计算得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形状和大小等影响因素,计算并拟合出墩柱水动力系数与相关因素间的定量关系。研究结果表明:固定式防船撞装置的存在增大了墩柱表面所受波压强,但不改变其总体分布趋势。当防撞装置断面为矩形,且波浪高度较大时,装置对墩柱受力特性的影响最明显。墩柱结构所受水动力中惯性力占主导,且可用均匀分布的惯性力系数来代替实际分布,独柱墩-固定式防船撞装置结构上的惯性力系数可以达到2.1左右。

防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响研究

以跨海航道桥梁安全为背景,研究防船撞装置对桥梁下部结构波浪荷载的影响。首先总结了目前工程中常用的桥梁下部结构波浪荷载计算方法,包括理论计算、模型试验和数值模拟,然后以岱山县鱼山大桥工程为背景,利用FLUENT软件对其主桥过渡墩及引桥独柱墩进行水动力计算,得到施加有防船撞装置后结构波浪荷载的变化。研究结果表明,对于复杂工程结构物,通常采用模型试验与数值模拟相结合的方法来确定波浪荷载;施加有固定式防船撞装置后,鱼山大桥下部结构所受波浪荷载均增大,但墩柱结构截面承载能力仍满足设计要求。

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。

深水航道桥梁防船撞方法

针对5万~10万吨级船舶在长江下游航道、珠江口伶仃洋航道、虎门航道、湛江港航道、象山港航道及一些沿海港湾和岛屿之间航道航行时遇到的“桥梁防船撞”问题,概括30年来航道桥梁防船撞方法研究可以得出以下结论:若水深较浅或有礁石可利用,则选择间接式桥梁防撞装置;若水深较深,则选择直接式桥梁防撞装置。已研发出的采用钢丝绳防撞圈支撑外钢围的柔性防船撞装置属于直接式桥梁防撞装置,与以往的同类装置相比,该装置能降低传到桥墩的船撞力,成倍提高桥墩的抗撞能力,在保护桥梁的同时保护船。该装置可长期使用,且不会破坏航道,已在能通行5万吨级船舶的湛江海湾大桥和象山港大桥等桥梁上得到应用。