基于并行算法的船桥碰撞数值模拟分析

船撞桥是在巨大冲击动能作用下的复杂的非线性动态响应过程.为模拟船桥碰撞过程,建立了桥梁和船舶碰撞的三维有限元模型.采用了基于接触均衡的并行计算技术,利用上海超级计算机曙光4000A,对桥梁在船舶撞击荷载作用下的动态响应进行仿真计算.主要分析了船艏结构的损坏、碰撞力演变、能量转化以及斜拉桥主塔和桥面的动态响应.将整桥整船的船桥碰撞模型与不考虑主梁和斜拉索的船桥碰撞模型进行了比较,结果表明,后者将使计算结果偏大.     

考虑流体效应的船-桥碰撞数值模拟法研究

有别于传统的不考虑流体对被撞桥墩影响的船-桥碰撞问题,该文在动水压力计算的基础上,建立了考虑流体效应的船-桥碰撞的附加质量计算模型,并与流构耦合计算模型以及不考虑流体影响的计算模型在能量转换、碰撞力、船艏撞深、桥墩位移、应力、截面内力以及计算效率等方面的结果进行了比较分析。结果表明:流体对船艏碰撞力影响较小,但能降低船舶的损毁程度;流构耦合计算模型中的墩顶水平位移响应要略小于附加质量模型和不考虑流体影响时的计算结果;不同计算模型所得桥墩有效应力基本相同且具有相同的分布规律;船-桥碰撞附加质量模型在计及流体与结构相互作用的同时,具有较高的精度和计算效率。     

桥梁防船撞钢套箱的碰撞力快速估算

研究船舶与单墩桥梁防撞钢套箱艏尖舱的碰撞过程,探讨碰撞力快速估算及防撞装置模块化设计的可行性。首先采用非线性有限元方法模拟1 000吨级三峡标准散货船与钢套箱式桥梁防船撞装置的碰撞过程,分析了防撞钢套箱艏尖舱在不同的斜边角和船舶碰撞速度下的能量吸收特性以及传递至桥墩的碰撞力特性,得到的结果可为防撞钢套箱外形的选择提供参考。对所选择的防撞钢套箱形式,采用Boltzmann函数拟合了撞击船速与桥梁所受横桥向及顺桥向碰撞力之间的关系,该拟合公式可以用于此类防撞钢套箱方案设计阶段的撞击力快速估算。     

汶川地震回澜立交桥震害成因分析

绵竹市回澜立交桥为典型的小曲率半径梁桥,在汶川地震中该桥桥墩普遍出现塑性铰压溃破坏。基于对回澜立交匝道桥的震害情况调查,建立桥梁三维动力数值模型,进行了动力特性及动力时程分析,在时程分析中考虑了材料弹塑性、边界碰撞效应以及支座滑移效应等关键非线性因素,并研究了各因素对桥梁地震动响应的影响,最后,基于定性与定量分析的结论,得到了回澜立交匝道桥的震害成因。     

强震下不同站桥组合体系抗震性能对比研究

为系统对比不同站桥组合体系抗震性能的优劣，以某实际工程项目为背景，分别建立站桥合一结构与站桥分离结构的三维有限元非线性动力分析模型。在综合考虑墩柱非线性以及扩大基础、砂石垫层及地铁顶板之间非线性滑动摩擦效应基础上，深入探讨了两种结构形式在强震下的动力响应以及桥墩损伤规律。研究表明：在讨论范围内，两种站桥组合体系中桥墩下的地铁车站立柱动力响应均大于其他立柱；而相比站桥合一结构，站桥分离结构可以有效降低地铁车站立柱及桥梁结构中桥墩的弯矩与剪力响应，其墩梁相对位移更小，但存在一定残余位移；同时站桥分离结构中桥墩损伤程度更轻，出现塑性状态的时间更晚。整体而言，站桥分离结构的抗震性能更为优异，但在实际工程中需注意对墩梁相对位移及基础滑移的限位。     

考虑纵坡影响的曲线梁桥地震碰撞响应试验研究

地震作用下,碰撞会显著影响桥梁的地震响应规律。现阶段碰撞效应对桥梁地震响应影响规律尚不明晰,碰撞效应参数影响分析尚不全面,特别是考虑纵坡影响的桥梁碰撞响应分析尚处空白。以某小半径带坡曲线桥为对象,设计并制作其1/10缩尺模型,设计了可调式碰撞测试装置,通过调整碰撞间隙大小,分别对发生碰撞前后的模型桥进行了振动台试验,重点探究了碰撞对有纵坡曲线梁桥主梁、桥墩地震响应的影响。结果表明:碰撞会导致曲线桥主梁的旋转效应增大,并引发梁端较大的水平加速度响应脉冲;纵坡会造成低墩处的碰撞力大于高墩处的碰撞力,并引起主梁显著的竖向动力响应;此外,碰撞会放大桥墩墩顶位移响应,增加曲线桥桥墩在地震中的破坏风险。     

基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船舶撞击力识别

主要研究基于神经网络技术的南京长江大桥桥墩船撞力识别。在建立了南京桥4#桥墩的空间有限元分析模型后,对4#桥墩进行了动力特性分析;基于MATLAB平台建立了“船撞力-响应”神经网络,由沃辛试验船撞力曲线计算得到了船对桥墩的撞击响应并作为神经网络训练的样本。仿真计算结果表明,由桥墩墩顶的响应可有效识别船舶撞击力的大小、方向和撞击位置,该神经网络可用于有、无噪声干扰的船撞力识别,并且具有良好的容错性和鲁棒性。     

大跨度斜拉桥动力特性分析

应用全桥组合有限元分析的技术思想,以实际建成的大跨度斜拉桥为工程背景,建立计算的基准桥有限元模型。应用通用有限元程序对整桥建立空间有限元模型,计算其动力特性,并结合其他同类型桥梁的理论计算,分析了该类型桥梁的动力特性,为该桥的抗震、抗风设计提供参考。     

非规则梁桥横桥向地震碰撞反应分析

针对连续梁桥在横桥向地震作用下梁体与抗震挡之间的碰撞现象,建立了考虑支座非线性和墩柱弹塑性的碰撞模型。在此基础上,应用非线性时程方法分析了横桥向地震作用下非规则梁桥梁体与抗震挡之间的碰撞对结构横桥向地震反应的影响,探讨了减轻碰撞和限制相对位移的措施和方法。研究结果表明:梁体与抗震挡块间的碰撞不仅产生很大的撞击力,还会导致桥墩的地震需求增大,对结构抗震不利。通过在抗震挡内侧安装橡胶缓冲垫,可以极大地减小梁体与抗震挡之间的碰撞力,同时减小矮墩区桥墩的墩顶横向位移和墩底塑性转角,不显著增加高墩区桥墩的墩顶位移和墩底塑性转角。     

高速铁路列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应影响研究

以高速铁路三跨简支梁桥为例,采用ANSYS软件,建立了碰撞有限元模型,模型中考虑了地基变形和支座非线性的影响,并用Kelvin模型来模拟邻梁碰撞;根据规范和已有试验结果建立了高铁桥梁列车制动力模型,进行了高速列车制动力与EL-Centro地震波作用下的碰撞效应分析,探讨了列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明:列车制动力可增大桥墩的墩底剪力,增大邻梁或梁台间距,增大邻梁最大碰撞力和碰撞次数,加剧固定支座的破坏;影响程度与列车制动力和地震力的方向、桥墩刚度有关。因此在高铁简支梁桥抗震设计时,有必要考虑将列车制动力与地震力进行组合,开展碰撞效应分析。     

基于非线性数值模拟的船桥碰撞力快速估算

船舶对桥墩的最大撞击载荷是桥梁设计的重要依据之一。通过有限元仿真技术模拟了5000、10000、50000、60000吨4种不同载重吨位的船舶正撞刚性桥墩时的碰撞载荷,归纳出船桥碰撞力-撞深、能量-撞深等曲线和最大碰撞力数据。并在此基础上,得到最大碰撞力-船舶吨位曲线,可用于近似估算各种吨位船舶在不同航速时的最大撞击桥梁力。     

桥墩在船舶撞击作用下的损伤仿真研究

评述了考虑应变率效应和材料损伤的HJC混凝土模型,就材料参数的取值进行了讨论。通过刚性球撞击混凝土板的例子,讨论了HJC模型中损伤参数的敏感性,并据此确定了计算中采用的HJC模型参数。对一艘万吨级的散货船与桥墩的碰撞过程进行了仿真,给出了船舶与桥墩的碰撞力时程以及桥墩损伤形态。结果表明,由于混凝土的破损,船舶对桥墩的撞击力峰值显著降低。为获得真实的结果,在船舶与薄壁桥墩碰撞的仿真分析中应考虑混凝土的动态损伤特征。     

半潜式平台结构抗撞性能研究

在分析显示非线性有限元基本理论和碰撞仿真关键技术的基础上,研究了半潜式平台在遭遇船舶正向撞击时的抗撞特性及其影响因素。模拟了整船与半潜式平台的碰撞,船首结构及半潜式平台立柱结构模拟为弹塑性材料,并考虑船舶与半潜式平台运动惯性的影响,定义了三种不同的碰撞场景,撞击船分别沿纵向、横向和斜向撞击平台立柱,获取了碰撞力——撞深曲线、各构件能量吸收和结构损伤变形等。重点讨论了半潜式平台立柱在不同撞击位置条件下的撞击特性,分析了影响结构碰撞性能的因素,包括结构特性和撞击位置,提出了改善半潜式平台抗撞性能的一些建议     

钢筋混凝土梁桥船舶撞击连续倒塌数值模拟

详细介绍了钢筋混凝土桥梁船撞倒塌模拟涉及的材料模型和单元失效指标等问题,建立某连续梁上部、下部结构、支座和船舶结构精细有限元模型,将弹塑性损伤帽盖模型用于混凝土,弹塑性随动强化模型用于钢筋,对船舶撞击钢筋混凝土连续梁引起的结构连续倒塌过程进行了数值模拟,揭示了连续梁桥结构的船撞倒塌机理。     

两类船-桥碰撞力差异及桥梁结构响应分析

 船桥碰撞是跨航道桥梁需考虑的重要问题。本文以美国AAHSTO规范推荐两类船舶为例,研究了驳船和散装货轮撞击桥梁后碰撞力、船艏刚度和碰撞能量的变化过程,讨论了导致两类船舶碰撞力、船艏刚度和碰撞能量变化差异的原因,分析了两类船桥碰撞桥梁结构的主要响应,并将本文动力模型计算响应与已有规范计算得到响应进行了对比。结果表明,两类船舶不同的船艏外形及内部构造会对碰撞力造成较大影响;同等吨位和碰撞速度下,驳船碰撞峰值荷载比散装货轮大,驳船碰撞的墩顶位移比散装货轮小,基底剪力和弯矩比散装货轮大,驳船与散装货轮作用下桥梁结构响应的动力反应系数存在较大差异;不同规范对于碰撞荷载规定差异较大,欧洲规范计算得到响应总体较大,中国公路规范荷载对于内河船舶撞击计算得到的响应最小,中国铁路规范计算得到的响应与其他规范海轮撞击响应进行对比最小。     

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...     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。