船桥撞击力理论公式与数值模拟对比研究

随着航运在我国货物运输方面发挥越来越大的作用,航道内船桥撞击几率大大的被提高。因此,对于跨江、跨海桥梁来说,防船撞设计是一个不容忽视的问题。本文归纳了几种经典的船桥撞击力理论计算公式,并采用这些公式计算了船舶航行质量及撞击速度两变量下的船桥撞击力。根据某散货船的设计图纸建立船体有限元模型,运用数值模拟得到了不同情况下的船桥撞击力时程曲线。在桥梁设计时,该曲线可以为该类船桥碰撞力计算及评估提供参考。通过船桥撞击力理论公式与有限元数值模拟分析计算结果表明,我国《公路桥涵设计通用规范》计算的撞击力值与有限元数值模拟得出的撞击力值最为接近。因此,在设计跨河、跨海桥梁时,参考我国《公路桥涵设计通用规范》公式计算的撞击力值来设计桥梁是最为适宜的。

跨江大桥主墩防船撞设施设计——以荆州长江大桥北岸主桥为例

为确保现有防撞性能不足的跨航道大桥在交通环境中的运营安全,以荆州长江大桥北岸主桥防撞工程为研究背景,分析了大桥的结构形式和桥墩的防撞性能。结合防撞设施的设计原则,对防撞设施的类型、材料和结构进行了比较和选择。根据防撞设施的使用寿命、施工难度、耐久性、综合成本等因素,选择性能优良的防撞设施。有效减少了船舶碰撞对桥墩的损伤。防撞设施损坏后易于修复,在水道中占用的空间较小,制造和维护便利,结构耐腐蚀性强,此外通过有限元软件进行船舶撞击模拟,模拟结果显示安装该类型防船撞设施后撞击力可消减36%左右,能有效延长撞击时间,消减撞击力,充分发挥防船撞设施的耗能防护作用,可为今后类似项目提供参考。

基于目标失效概率的桥梁船撞风险及防撞水准论证

为合理确定跨航道桥梁的船撞风险与防船撞设计水准,采用基于目标失效概率的分析方法,对某跨航道桥梁进行了船撞安全风险评估。根据美国AASHTO船撞分析规范推荐的船舶速度调整模型,对船舶碰撞速度进行了修正,并采用AASHTO经验数学模型进行了桥梁船撞概率计算。根据中国《公路桥梁抗撞设计规范》(JTG/T 3360-02—2020)中提供的等效静力法,计算了不同载重吨位与不同速度的船舶碰撞力。采用截面抗力法计算了桥梁的船撞抗力。通过对比桥梁船撞抗力与不同吨位级别的船舶碰撞力,分析得到了桥梁实际防撞水准,并根据桥梁目标失效概率(1×10-4次/a)反推得到了桥梁设计防撞水准。结果表明:桥梁船撞安全风险主要来源于靠近航道下行线且船撞抗力较低的桥墩;桥梁在5 a和10 a后的船撞概率分别增长1.4倍和1.8倍,而桥梁的失效概率分别增长1.8倍和2.4倍,船舶流量增长过程中大吨位船舶比例增加,桥梁船撞失效概率的增长速率要高于船撞概率;采用基于目标失效概率得到的桥梁设计防撞水准可确保全桥各涉水桥墩具有相对一致的船撞安全可靠度,船撞失效风险处于可控水平,采用设计防撞水准后可使桥梁的船撞年失效概率较实际设防水准在目前及远期分别下降17.0倍和14.6倍。