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桥梁船撞力的影响因素研究文献综述

 2020-04-14 21:34:25  

1.目的及意义

1.1目的及意义

随着我国经济的发展,人们对于便捷的陆上交通的需求也与日俱增,桥梁结构作为陆上交通运输的纽带得到大量的修建。而跨航道桥梁结构虽然为陆上交通提供了便利,但在一定程度上成为水上运输的障碍物。越来越多的桥梁使得船桥碰撞事故难以避免,特别是位于主航道附近的桥墩受船舶撞击的概率大大增加。从近些年来的统计资料看出,船舶撞击导致的桥梁破坏与倒塌的事故在全球范围内常有发生。船桥碰撞的问题越来越多,后果也越来越严重,已经得到了越来越多的重视。船桥碰撞是一个很复杂的科学问题,因为它涉及到桥梁工程、碰撞力学,而且还涉及到船舶结构力学、水运等学科。另一方面,船桥碰撞中,除了碰撞的速度和角度外,还存在着诸如材料非线性、几何非线性、接触非线性和运动非线性等现象。然而,目前世界上,各国的关于船桥碰撞力的规范及公示,都是根据经验提出来的,都有很多的局限性。我国交通方面的安全保障部门在桥梁防撞方面采取了许多的安全措施,但是一直没有得到充分的重视,也缺乏专门的设计规范或者指南提供给桥梁工程师们使用。并且在公路桥梁设计规范中,相应的条款过于简单,设计的船撞力太低,几乎不会对桥梁设计产生什么影响,这与实际的情况不相符。随着我国修建在江河上的桥梁数目越来越多,以及船运事业的发展越来越快,特别是随着跨海峡桥梁的不断规划与建设,船与桥之间的矛盾变得越来越突出,船舶撞击桥梁问题的重要性慢慢地显现出来了,迫切需要我国的桥梁工程师们去做进一步研究并加以解决。

对桥梁船撞力的影响因素进行研究的目的在于基于ASYS/LS-DYNA的船桥数值模型进行仿真模拟得到桥墩截面形状、桥墩尺寸、抗弯刚度、船舶撞击速度以及船舶质量等因素对船桥碰撞力的影响规律,考虑这些影响因素可更加准确的计算船撞力;可为船撞力的简化计算提供依据。


1.2国内外研究现状

国外研究现状:

早在 1978 年有关专家就开始了关于船撞桥分析的研究,近些年美国船舶撞毁桥梁的恶性事故时有发生。在这之后,美国政府和马里兰大学签订了一项关于研究桥梁及桥墩的防撞保护系统的合同,并出版了一部参考书籍来概括已有的研究技术成果,同时也向桥梁设计者推荐了有关的设计标准,这部书籍是世界上首次对此课题系统研究的成果。早在 1983 年 6 月丹麦大带海峡跨海工程动工之际,国际相关学会在哥本哈根举行了一次熟为人知的“船舶与桥梁和近海结构的碰撞”国际学术研讨会。这次会议是世界范围内关于船撞桥课题的第一次研讨会,其间部分报告提到了船舶碰撞桥梁的事故,在这次会议上提出全球共同建立一个船舶碰撞桥梁事故数据库的建议,用来记录在全球自 1960 年以来发生的各种船撞事故。美国各州公路和运输官员协会经过大量的分析讨论,于 1991 年出版了《船舶碰撞公路桥梁设计指南》手册,这部设计指南第一次对桥梁防撞设计提出了具体的指导建议。由 O. D. Larsen 于 1993 年编写完成的 IABSE 文件《船舶与桥梁的碰撞》中,对桥梁规划和设计中船舶撞击风险以及相关防撞设计的问题做了较为全面的总结。1995 年,多个国家共同成立了针对研究船桥碰撞问题的国际 PIANC 工作小组。该小组主要负责对全部可航水道内各种类型的桥、各种船舶进行相关研究,对所有可能发生船舶碰撞的桥梁组成部分进行分析研究,其中包括桥墩、承台、桩基和上部结构等,直到现在这些工作研究都还在继续进行。

国内研究现状:

我国在船桥碰撞方面的研究晚于国外,20 世纪 90 年代开始来越多的学者致力于船桥碰撞问题的研究当中。

宗莉娜、刘伟庆、方海等对国内外常用的桥梁船撞力简化计算公式进行了讨论和分析,剖析了国内现有的规范公式所存在的问题.通过大量的船舶撞击刚性墙的数值模拟,研究船舶速度、吨位、接触面积对船撞力大小的影响.

王建国、陈涛以安徽省望东长江公路大桥为背景,采用非线性动力分析有限元软件LS‐DYNA 进行数值仿真分析,结合桥址处的水文、地质条件,综合考虑斜拉索拉力、桥面刚度、土对桩的约束和全桥结构自重等因素,建立船桥碰撞的整船整桥计算模型,结果表明:船舶撞击力随船艏阻抗系数的增大而增大;撞击力随撞击角度变化,在最不利工况下,正撞击的撞击力峰值高出偏45°撞击力峰值的1倍多;船艏与桥塔的损伤随撞击角度变化;桥塔整体刚度足够大,但船艏对桥塔表面混凝土造成严重破坏,影响桥塔整体结构的正常使用和耐久性。

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