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。     

外包橡胶混凝土覆层对梁式桥墩防撞性能影响的试验研究

提出将橡胶混凝土以覆层形式外包在桥墩一定高度范围内以提高其防撞减振和能量耗散能力,试验研究了不同橡胶粒径、体积掺量的橡胶混凝土的基本力学性能;其次利用摆锤撞击模型墩柱试验,并结合ABAQUS/Explicit非线性动态碰撞仿真分析,研究了橡胶混凝土覆层对模型墩柱的自振特性、不同撞击速度下的撞击响应峰值及振动衰减规律的影响。结果表明,虽然橡胶混凝土强度、弹模较普通混凝土较低且受橡胶掺量影响显著,但橡胶混凝土覆层兼具防撞和减振的双重优势,可使撞击力峰值减小12.93%~15.87%,墩顶位移减小13.10%~32.11%,墩底应变减小13.1%~46.13%,还能增强原桥墩的主动耗能能力。该形式防撞装置可为桥墩提供有效保护且符合绿色环保的理念,值得推广。     

船桥碰撞过程引发的冲击动力学论题

对船桥撞击过程引发的几个冲击动力学论题进行了分析。研究表明:1为降低船撞力,应采用柔性(低的结构动态广义波阻抗)防撞装置;2撞击力所做的功,通过应力波传播转化为内能(变形能)与动能之和;而变形能中的不可逆部分愈高,防撞装置发挥的整体作用愈大,则愈有利于防撞装置发挥缓冲耗能作用。并且如何让船舶尽早结束撞击并带走尽量多的剩余动能,应是防撞装置设计的关键点;3黏性耗能可缓冲撞击过程、延长撞击历时,有利于防撞装置发挥整体作用,进而为船舶在低应力下转向滑离、从而带走尽可能多的剩余动能创造条件。因此,船撞桥防护装置的设计应该建立在如下的科学设计理念上:ⅰ低波阻抗意义上的冲击柔性,ⅱ缓冲撞击过程意义上的粘性耗能,ⅲ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ⅳ让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。以钢丝绳防撞圈为主要元件的柔性耗能防撞装置是这一防撞理念的工程应用实例,其有效性已为工程实践和实船撞击试验证实。     

防撞梁结构设计与碰撞性能研究

目的 研究汽车防撞梁材料选择和结构设计对汽车安全性的影响。方法 通过对汽车防撞梁的概念及特性进行总结归纳,并比对不同材料和不同结构的防撞梁对其安全性的影响,并通过仿真模拟探究不同材料下的碰撞性能。结果 结构最优情况下,增强竹纤维复合材料防撞梁在其碰撞测试过程中表现出位移较低且修复性能较强等特性。结论 该结果表明了增强竹纤维复合材料具有较好的保护性能,增强竹纤维复合材料相较于其他传统材料而言具有可降解的优异特性和良好的可回收性,为现代汽车设计提供了良好的参考建议,有利于汽车工业的良性发展,也有助于进一步提升整车的安全性能。     

防撞柱实车碰撞性能的研究

作为防止汽车炸弹恐怖袭击的有效手段,防撞柱被越来越多地用于重要建筑设施的防护。针对目前防撞柱的研究一般多只停留在软件分析,本文详细介绍了作者们研发的结构防撞实验设施以及利用该设施完成的一种钢管混凝土防撞柱系统的实车碰撞试验。该试验中的撞击卡车加配重总重6.8t,发生撞击时速度约12m/s,卡车货厢前沿未穿过碰撞前的防撞柱内侧边缘,而被完全阻止,符合美国防恐SD-STD-02.01标准规定的防撞柱K4等级要求。对防撞柱进行了静力推覆对比试验,得到了防撞柱的荷载-挠度曲线,并据此对碰撞试验中的能量转换进行了分析。通过对碰撞试验进行简化分析,得到了卡车与柱状物撞击时的卡车前部变形刚度系数以及最大撞击力计算公式,并提出了防撞柱的简化设计方法。     

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...     

浅析公路桥梁深水高桩基础水平抗撞击力的非线性有限元

由于船舶撞击产生的各种桥梁垮塌事件,显示出了桥梁基础水平抗撞击能力的重要作用。因此,为了更好的适应桥梁船撞评估和设计的意义,文章研究了非线性有限元分析的深水高桩基础水平抗力的评估技术,通过对某大桥工程实例的研究,并在我国的规范设计思想计算方法做出了全面的对比,发现所研究的方法适合在这类桥梁桩基础的防撞设计中使用。     

船舶撞击桥梁研究及预防对策

交通运输事业发展飞速.但交通安全问题始终是人们生存活动空间中的不可回避的一部分.对船舶撞击桥梁原理、碰撞概率进行探讨,并提出桥墩柔性耗能防掩装置系统的安全预防对策.     

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     

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。     

基于整船整桥模型的船桥碰撞数值仿真

桥梁在船舶碰撞时受到的动力载荷和响应是复杂的动力非线性问题。近代非线性有限元技术为该问题的求解提供了有效的工具。简述了该技术的基本原理,并基于整船整桥模型对一艘4万吨实船与桥梁的碰撞过程进行了计算。仿真结果显示了船艏结构损坏、碰撞力演变、能量传递和桥墩内部应力变化的详细情景,讨论了船-桥碰撞的力学特征。演示的方法比传统的经验公式和简化解析法提供更为精确的结果。所提供的桥墩应力状态对桥梁的设计与碰撞后的损伤评估有重要参数价值。     

油管碰撞噪声治理技术研究与应用

油管碰撞噪声是油管厂首要噪声源,危害极大,国内外尚无较好的解决办法。通过分析油管在管桥上的滚动特性,弄清管桥架坡度设置的科学依据,找出油管碰撞噪声的根源和规律。以此为理论基础,研制油管防撞装置,对油管在管桥架上的滚动进行强制约束,避免油管之间发生碰撞,同时实现油管强制排列到位,成功解决油管碰撞噪声问题。     

横向撞击力对铁路桥梁及行车影响的模型实验研究

高速铁路高架桥梁很多,跨越公路的桥墩被汽车撞击所引起的振动会影响列车运行安全。本文利用车—轨—桥耦合动力试验平台,通过模型试验研究了横向撞击力对桥梁及桥上车辆运行安全的影响规律。试验过程中采集了撞击处撞击力时程、桥墩底部动应变、墩顶动位移、墩顶加速度时程,梁1/4,1/2,3/4处的横向动位移和加速度时程,以及车辆的三向车体加速度时程,计算得到桥墩自振频率等振动特性。分析了车桥系统有无撞击力作用时的动力响应,以及撞击力对桥梁及桥上运行车辆的影响规律。结果表明,横向撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对车辆运行安全有很大的影响。最后根据撞击力时程探讨了瞬态撞击力的等效静力计算方法并验证,为工程设计提供参考。     

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。     

An impact dynamics analysis on a new crashworthy device against ship–bridge collision

In order to avoid increasingly serious accidents caused by ship–bridge collision, a new flexible, energy-dissipating crashworthy device is developed, which essentially consists of hundreds of steel-wire-rope coil (SWRC) connected in parallel and series. Experiments show that the force–displacement behavior of the SWRC is rate-dependent and energy dissipating, which is successfully modeled by the ZWT nonlinear visco-elastic relation in the present paper. By using the dynamic finite-element code incorporated with the force–displacement model of the SWRC, dynamic numerical simulations are performed for several typical cases of ship–bridge collision. The results indicate that the peak of impact force markedly decreases due to high compliance (low wave impedance) and viscous energy dissipation characteristic of SWRCs. Particularly, the new device enables the ship having enough time to turn its navigating direction away and consequently a large percentage of initial kinetic energy of ship is carried by the turning-away ship.     

刚体碰撞约束柔性体局部撞击载荷特征分析

目的 掌握碰撞局部撞击载荷及其特征,为产品安全防护设计、碰撞响应分析与评估提供理论基础。方法 抽象刚体碰撞柔性体的共性特征,分别将被撞击柔性体的碰撞局部刚度特性和整体结构效应表征为弹簧力-位移关系,建立系统的二自由度刚-柔碰撞动力学模型,应用数值方法系统分析刚柔碰撞局部撞击载荷的特征及不同因素的影响。结果 获得了刚体初始碰撞速度、柔性体碰撞局部刚度特性与整体结构效应等主要因素对局部撞击载荷时程、冲量、峰值和脉宽等撞击载荷特征的影响规律。结论 深化了刚-柔碰撞局部撞击载荷的认知,为防护结构设计提供了理论基础。     

Study on dangerous collision area of ships out of control in Sutong Bridge area

Motion state of ship out of control in bridge area was analyzed. Motion procedure after losing control was divided into two steps. One is drift step within stopping period. The other is drift step without inertia, which is induced by wind and current. Mathematical model for motion of ship out of control, considering wind-induced drift, current-induced drift, stopping ability, etc., was established. Dangerous collision areas for main pier and auxiliary piers were analyzed according to different calculation conditions.     

船-桥梁浮式钢套箱碰撞数值模拟中的流场处理方法对比研究

本文采用Ansys/Ls-dyna对1000吨级船舶与浮式桥梁钢套箱的碰撞过程进行了数值仿真,为了较精确地分析流场处理方法对于数值计算结果的影响,分别采用了流固耦合方法和附加质量系数法来模拟碰撞过程中流场的作用,并对比分析了两种方法下浮式钢套箱的碰撞力、撞深、竖向位移、内能变化等计算结果。研究结果表明,与采用附加质量系数法的结果相比,考虑流固耦合时防撞钢套箱的最大撞深较小而最大撞击力较大,且随着碰撞能量的增加,最大撞击力明显大于采用附加质量系数法的结果。因此对于桥梁的防撞钢套箱设计,常规附加质量系数法偏于危险,有必要用流固耦合方法来考虑流场的作用。另外,船体的撞击能量越大时,浮式钢套箱的竖向位移约束也越重要,可以通过设计浮式钢套箱的压载水,减小钢套箱在碰撞过程中的竖向位移,以提高其吸能效果。