非通航孔桥墩“拦-防”组合防撞方案应用研究

非通航孔桥墩通常结构设计单薄,即便在采用最新防撞技术情况下,也难以将船撞力减少至桥墩自身抗力可承受的范围以内。为解决这一问题,对国内外最新防船撞技术进行了调研分析,提出"拦-防"组合的非通航孔桥墩防撞方法,即触发旋转式拦截网与柔性防撞圈组合的防撞装置。当失控船舶以一定速度靠近大桥桥墩时,首先被桥梁上游的拦截网拦截,在拦截网被拉断过程中,船舶航速将大幅降低。船舶冲出拦网再撞上桥墩时,防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能,以达到有效保护桥梁的目的。计算分析研究表明,该装置防撞护效果良好,造价相对低廉,并且易于实施。设计中只要充分结合桥区河床地形,可避免对环境造成负面影响。

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。

GFRP-微珠泡沫组合柱抗车辆撞击仿真与优化设计

近年来,国内外桥梁碰撞事故频繁发生,对桥墩造成破坏甚至导致桥梁垮塌,造成人员伤亡及经济损失。本文以玻璃纤维增强复合材料(GFRP)-混凝土组合柱为参照柱,在满足GFRP-微珠泡沫组合柱吸能不小于参照柱的条件下,对其进行精细化模拟及优化设计。结果表明:优化后的GFRP-微珠泡沫组合柱不仅具有与GFRP-混凝土组合柱同样的吸能能力,还可以大幅削减冲击力峰值,提高冲击持续时间和比吸能,降低对撞击车船和人身的损害,达到轻质高强、吸能能力强的效果。

桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果影响研究

随着航道上大跨度桥梁的建设愈加广泛,其桥墩在水面附近往往具有一定的倾斜角度。为研究桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果的影响,文章基于装备自浮式防撞装置的2种倾斜方向的桥墩与6000DWT级散货船为研究对象进行非线性有限元仿真碰撞计算,分析桥墩倾斜方向对不同航速船舶撞击下桥墩撞击力、系统能量转换、船艏结构破坏的影响。结果表明:外倾式桥墩受到撞击力更小,其防撞装置通过变形吸收能量更多、防护效果更好。研究成果可为大跨度桥墩设计与防撞装置的开发提供重要的参考价值。

基于响应面法的桥梁抗船撞可靠度分析

为解决桥梁抗船撞可靠度分析中影响因素选取的问题,基于响应面法建立包含船舶因素和桥梁因素的响应面函数来计算在不同响应面函数下的桥梁抗船撞可靠度,并对桥梁的墩顶位移和失效年限进行可靠度分析。研究结果表明:1)影响因素的灵敏度与桥梁抗船撞的安全性正相关,高灵敏度因素对可靠度的影响较大;2)多种影响因素的选取会导致试验繁琐,且低灵敏度的因素可能在分析中失效,而“中性”因素则显示出较好的适用性;3)选取15 mm的墩顶位移允许值来分析桥梁抗船撞可靠度和失效年限可靠度比较符合实际情况。

大连湾海底隧道北岸防撞结构研究

大连湾海底隧道北岸高于原海床面K0+785—K0+988段易受船撞风险影响,需要采取防撞措施,结合施工难易程度、环保、造价等因素,在满足工期要求的前提下,提出了一种由没顶圆沉箱、立柱桩和现浇墩台组成的透水式重力墩基础作为防撞结构。并结合防撞墩的结构形式、主要荷载,用有限元法和规范法对防撞墩结构的整体稳定性、立柱桩的承载能力进行分析计算。结果表明该透水式重力墩防撞结构各方面均可满足工程使用要求,可为今后类似结构的施工提供设计参考。

浮式钢防撞箱受力性能数值分析

浮式钢防撞箱在船桥碰撞中具有良好的塑性吸能防撞性能。为探究影响防撞箱防撞性能的因素,该文基于有限元软件Ansys/LS-DYNA,建立了船-防撞箱-桥墩系统碰撞模型,对碰撞机理及过程进行数值模拟,探讨防撞箱与桥墩连接方式、尖舱尖角、防撞箱刚度等对桥墩所受撞击力的影响,提出撞击力曲线的三阶段划分方法。分析表明:浮式防撞箱内壁直接固结、与桥墩外壁耦合连接会降低撞击力,最大撞击力随着防撞箱与桥墩间距的增大而变大;防撞箱尖舱尖角宜取为80°~100°;防撞箱碰撞区钢板厚度存在一个最优值;最大撞击力随着非碰撞区钢板厚度的增大而变大,超过8 mm增大幅度降低。

白沙洲长江大桥桥塔墩防撞关键技术

白沙洲长江大桥主桥为双塔双索面斜拉桥,桥塔均采用顺桥向单柱式、横桥向钻石形结构,基础为40根?1.55 m钻孔灌注桩,承台尺寸为32.4 m(横桥向)×20.4 m(顺桥向)×5 m(高),美国AASHTO规范模型计算显示桥塔墩年撞损频率较高,且原设计船舶撞击标准已无法满足当前通航标准及长江航运发展需求。为提升该桥桥塔墩的防撞能力,设计了组合型浮动式钢+复合材料防撞设施。该设施采用多级耗能体系及柔性防船撞结构,增强了大桥桥塔墩的防撞性能,并通过下塔柱增大截面补强使防撞设施在下塔柱范围内可随着水位自由升降,进一步增强了桥塔墩自身的防撞性能。下塔柱增大截面补强采用开口式单双壁组合型围堰,实现了补强的无水施工;组合型浮动式钢+复合材料防撞设施在工厂内分节段制造,并采用长效防腐技术延长了使用寿命。实施该防撞方案后,该桥桥塔墩能抵御3 000吨级满载船舶的水平撞击力,所受船舶撞击力明显低于桥塔墩自身的允许抗撞力,满足设防要求。

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。

提升双柱墩防撞性能的钢箱梁加固连接方式

随着江河流域通航环境的不断优化提升,现阶段许多老桥已无法满足现阶段通航船舶要求,桥墩自身与船舶抗力差较大,船舶撞击桥梁风险增加。针对此现象,论文结合某桥墩加固项目,分析介绍混凝土系梁和钢箱梁的连接方式,对钢箱梁加固进行有限元模拟计算,结果显示该桥所采用的加固方案满足抗拉、抗压、抗弯、抗剪要求。

钢管桩防撞墩设计及参数分析

为了预防因船撞事故对已建成桥梁造成损伤,以大石大桥为背景,对该桥进行了钢管桩独立防撞墩的设计并采用midas Civil有限元软件对其承载力进行验证分析。在此基础上,研究了桩间距、钢管壁厚、系梁尺寸以及系梁数量等参数对防撞墩的抗撞性能影响。结果表明:所设计的独立防撞墩满足防撞能力要求;桩间距的提升可以提高结构的弯曲变形性能;结构的受力性能受钢管壁厚影响明显,随着壁厚的增大,结构的能需比能提高34%;系梁的尺寸以及数量的增加能改善结构的整体受力,系梁的应力随着尺寸增大及数量增加而大幅度减小,其中系梁的尺寸影响更大。

高桩防撞墩动力大变形分析及防撞设计新方法

通过引入合理的船舶与防撞墩相互作用模型及桩基动力p-y曲线法,建立船舶撞击高桩防撞墩的动力学分析模型。通过分析撞击系统的动力响应及能量转移规律发现,撞击过程中水平变形性能较好的高桩通过水平大变形而吸收大部分撞击能量,此时高桩破坏以桩身最大弯矩作为控制标准;船首强度、混凝土防撞墩总质量及桩周土强度参数对撞击过程中桩身最大弯矩影响不大。传统水上结构防撞设计方法不再适于这类刚度较小结构的防撞设计,通过对比分析,提出了工程上适用的基于能量控制的防撞设计新方法。

桥墩防车辆撞击研究综述

由于高速公路里程、机动车数量及其运载能力的持续增加,作为交通运输枢纽的桥梁,正面临着一种越来越严重的威胁,即车辆对桥墩的撞击。目前中、美、英等国的设计规范均对桥墩防撞设计作出了相关规定,然而分析发现:各国规范仍大都采用简单的静力设计法,没有考虑桥墩刚度、延性等参数对撞击力的影响;一些规范的理论来源非常含糊,而另一些则只是简单地参考别国规范,其有效性值得怀疑。我国规范未对桥墩防车辆撞击设计的具体条件作出明确规定,设计人员须自行判断该桥墩是否需要考虑车辆撞击力,这种消极的规定往往造成实际工程中对车辆撞击作用的忽视。有鉴于此,从桥墩防护结构和桥墩自身结构两个方面对桥墩防车辆撞击研究进行了评述,指出了目前存在的主要问题并提出了相应的建议。

万州长江公路大桥防撞设施工程通航论证

三峡水库175 m蓄水后,万州长江公路大桥两端部分拱圈及立柱被淹没。一旦船舶失控或走偏航道碰撞拱圈和立柱,极易导致拱桥垮塌,引发极为恶劣的安全事故。针对大桥现状,创新提出了弧形水上升降式桥梁防撞装置,该装置能对拱桥易撞部位进行区域式防护,并能随水位变化而自动升降。主要通过物理模型试验并结合相关数值模拟分析拟建防撞工程建成后对桥区河段河床演变、通航净空尺度、通航水流条件以及船舶航行条件等的影响。

装配式UHPC防船撞耗能装置的性能

提出一种新型装配式超高性能混凝土(UHPC)防船撞耗能装置。该装置由模块化生产的独立UHPC分箱组成,各分箱通过高强螺栓进行连接;采用非线性显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA对该防撞装置的性能进行分析与研究。研究结果表明:这种防撞装置可以显著减小撞击力并延长船桥碰撞时间,在1,3和5 m/s这3种不同撞击速度下,最大撞击力分别降低19.00%,39.17%和33.15%,撞击持续时间分别延长47.68%,132.61%和168.89%;当撞击速度为5 m/s时,船桥碰撞产生的撞击力为31.1 MN,超过桥墩设计抗力,而防撞装置的存在使最大撞击力下降到非破坏性水平20.79 MN。

桥墩防撞导偏轮受撞后作用力及能量转换特性

为了避免船舶直接撞击运河桥墩,设计了一种适用于京杭运河航道的新型桥墩防撞导偏轮设施。依据船桥碰撞相关理论,通过不同船型与该新型防撞导偏轮设施碰撞过程的三维数值模拟,对船舶和防撞导偏轮设施碰撞后的作用力、能量转换及主要构件的碰撞损伤等特性进行了深入分析和评估。结果表明,该设施延长了撞击作用时间,可较好地保护碰撞船舶及桥墩,能够满足京杭运河桥墩防撞要求,并具有易更换、占地小和吸能效果明显的优点,适用于不同水深、流速、桥位的情况,可为内河桥墩防撞设计提供参考。

运河桥梁防撞设计的几个关键问题探讨

京航运河行船和桥墩相撞的事故时有发生,造成严重的人员生命和财产损失,对运河桥梁实施安全防护势在必行。为了合理设计运河桥墩防船舶碰撞设施,该文在相关研究和应用成果的基础上,分析探讨了防撞设施的设计原则、布局规划、最大撞击力的计算方法和船舶设计碰撞速度、设计碰撞角度以及水动力影响系数等关键问题,可供今后设计运河桥墩的防撞设施参考。

车辆撞击作用下泡沫铝防撞桥墩的动态响应特性

针对车辆撞击桥墩问题,设计了一种采用泡沫铝材料的桥墩防撞装置。采用LS-DYNA软件分别建立有无防撞装置的桥墩三维实体单元模型,分析了车辆撞击作用下各桥墩的动态时程响应。对比了两种情况下车辆对桥墩的撞击力、桥墩位移和应力等特征参量,并从能量传递的角度分析了泡沫铝防撞装置的耗能能力和撞击车辆损伤。结果表明:采用泡沫铝防撞装置后,车辆对桥墩的撞击力、桥墩位移和应力都明显减小,撞击过程中大部分能量被防撞装置吸收,泡沫铝防撞装置可起到同时保护桥墩与车辆的作用。研究结果可为车辆撞击桥墩相关研究和桥墩防撞设计提供参考。

圆端形夹层结构桥墩防撞浮箱的碰撞性能分析

为最大程度减轻撞击和满足柔性耗能防撞设计要求,采用钢-聚氨酯夹层板制造了一款圆端形桥墩曲面防撞浮式套箱,用于内河航道桥墩防撞;利用ABAQUS有限元软件建立了船舶、防撞浮箱、桥墩碰撞系统的计算模型,对不同角度撞击时该浮箱以及桥墩的受力影响、能量转换、拨动船头程度进行了分析.结果表明:最不利撞击时该浮箱具有良好的防撞效果,能吸收绝大部分的船舶动能,减少桥墩受力;在一般斜撞时该浮箱易拨开船头,将船舶绝大部分动能保留在船上,能更有效地保护桥墩.

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了桩顶与承台结合处截面为深水高桩桥墩的薄弱环节。在此基础上,分析了桩基直径、河床冲刷与淤积程度、桩基倾斜角度、桩身配筋率、水下砂土内摩擦角对深水高桩桥墩抗撞能力的影响。