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。     

散货船与桥墩碰撞力的经验公式与数值模拟对比研究

本文介绍了目前几种常见的船桥碰撞力估算公式,并采用这些公式分别计算了四艘三峡标准散货船在各种航速下撞击桥墩的碰撞力。根据三峡标准散货船的设计图纸建立船体有限元模型,通过数值模拟计算了不同吨级、船速下的船桥碰撞力曲线。在桥梁设计时,该曲线可以为该类船舶-桥墩碰撞力计算及评估提供参考。结合经验公式的推导过程,通过船桥碰撞力经验公式与有限元数值仿真分析计算结果表明,铁路桥涵设计规范的船桥碰撞力公式更适合于斜艏500至3000吨级散货船,而美国公路桥梁设计规范的船桥撞击力计算公式对该类型吨级船舶的碰撞力结果偏大。     

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。     

轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型

建立了3000DWT-50000DWT范围内的四艘代表轮船的碰撞有限元模型,采用LS-DYNA软件计算了船舶在1.0m/s-5.0m/s冲击速度范围内的与刚性墙面的碰撞力时间过程样本。根据对碰撞力时间过程样本曲线的观察和面向工程设计的需要,提出了三种轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型,即半波正玄荷载模型、修正的半波正玄荷载模型和分段荷载模型。碰撞时间过程的样本计算表明,碰撞力过程总的持续时间以及碰撞过程的冲量与冲击速度具有很好的简单关系,离散性很小。根据冲量相等的基本原则,提出了冲击荷载模型参数的确定方法,通过对四艘代表船舶计算结果的回归分析,得到了模型参数的统计回归关系。以轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型可建立桥梁船撞动力设计方法,以替代目前的桥梁船撞等效静力设计方法。     

浅谈海上大体积防撞套箱制作下放工艺

笔者结合防撞钢套箱在海湾大桥的成功运用,对防撞钢套箱这一施工形式进行简要介绍,并于实际中在钢套箱设计及施工方法上,进行了改进和创新,解决了一系列工程难题,取得了较好效果。     

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.     

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。     

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。     

基于非线性有限元法的船舶-冰层碰撞结构响应研究

采用非线性有限元法建立船舶与冰层的三维有限元模型,对船-冰碰撞进行了数值模拟。研究了船舶在不同速度下与不同厚度冰层碰撞的动态结构响应,分析了碰撞冰力的大小、船艏结构的变形损伤和能量变化等特性。得到了船舶初速度、冰层厚度等因素对船-冰碰撞载荷的影响,对分析船舶与冰体碰撞的结构性能具有参考价值。     

公路桥梁船舶撞击力标准初探

船舶与桥梁的碰撞问题,直接威胁到交通运输和人民生命财产的安全,如何确定船舶撞击力,是桥墩防撞设施设计的关键。本文对某矮塔斜拉桥船舶撞击力标准的确定进行了介绍,给出了船舶撞击力计算方法,在此予以交流。     

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。     

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。     

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...     

地震作用下中小跨度梁桥横向碰撞参数影响分析

地震作用下挡块与主梁的横向碰撞是影响桥梁结构地震响应的重要因素,目前缺乏针对城市高架桥中广泛使用的双柱式小箱梁结构横向碰撞问题的研究。以此类桥梁的典型工程为代表,建立了空间有限元模型,利用Kelvin 模型对横向碰撞进行了准确模拟,重点探讨了接触单元刚度、挡块-主梁间隙、桥墩墩高、场地类别、上部结构与盖梁质量比等关键因素对双柱式小箱梁结构桥梁地震响应的影响。研究结果表明：碰撞刚度、碰撞间隙对双柱墩墩底内力有较大影响,应尽可能通过试验予以确定;场地特性、上部结构和盖梁质量比、桥墩高度等设计参数,均会对桥梁的地震受力产生较大影响,因而应在设计选型时进行适当的调整,并尽可能选择坚硬场地下高墩轻质主梁结构体系,研究成果可为同类高架桥的设计提供技术支持。     

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。     

泰州大桥中塔墩防船撞研究

泰州大桥主墩位于航道边缘,可能遭受船舶的撞击。为保护大桥,综合考虑多种因素研究大桥中塔墩防船撞方案。针对泰州大桥三塔悬索桥型,结合通航船舶规划、桥梁参数、桥墩基础特点,开展防撞研究,提出针对性防撞方案,进行防撞特性计算分析,确定防撞方案的技术、经济特性。通过有限元数值仿真技术,研究泰州大桥在船舶撞击下的安全性和防撞方案的有效性。