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桥墩受侧向撞击作用下静力简化分析方法

东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 117-125页

作者：方海高涵祝露贾恩实陈志跃南京工业大学土木工程学院南京211816 中铁大桥勘测设计院集团有限公司武汉430056

为了深入探究钢筋混凝土桥墩受侧向撞击时的静力简化方法,基于桥墩受撞击作用与静力作用下产生的侧向变形效应相等,建立了桥墩弯曲应变能和剪切应变能的计算公式.针对不同截面形式和不同约束条件下的桥墩模型,分别得出了桥墩在正弦、三... 详细信息

为了深入探究钢筋混凝土桥墩受侧向撞击时的静力简化方法,基于桥墩受撞击作用与静力作用下产生的侧向变形效应相等,建立了桥墩弯曲应变能和剪切应变能的计算公式.针对不同截面形式和不同约束条件下的桥墩模型,分别得出了桥墩在正弦、三角形和矩形撞击荷载波形作用下的等效撞击力简化公式,并分析了撞击力峰值和等效值之间的关系.结果表明:当矩形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面长度的比值小于3.7,或圆形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面半径的比值小于6.2时,需充分考虑桥墩剪切应变能的影响;荷载波形对等效撞击力取值影响较大,当撞击荷载波形接近正弦、三角形和矩形波时,等效撞击力系数的建议值分别为0.64、0.52和0.91.研究结果可为桥墩等效撞击力取值提供参考依据.

关键词：桥梁工程静力简化侧向撞击桥墩应变能

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张靖皋长江大桥南航道桥南塔防撞方案研究

桥梁建设 2024年第2期54卷 16-21页

作者：张贵宾张绪进郭昊天方海重庆交通大学重庆400074 交通运输部长江航务管理局湖北武汉420100 中交公路规划设计院有限公司北京100010 南京工业大学土木工程学院江苏南京211816

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双吊跨钢箱梁悬索桥,桥下船舶通航密度大、船舶平均吨位大、船舶碰撞概率高、南塔所受船撞力计算值大。经综合分析,传统被动防撞方案均不能很好满足南塔防撞要求,故提出采用锁口钢管桩围堰外... 详细信息

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双吊跨钢箱梁悬索桥,桥下船舶通航密度大、船舶平均吨位大、船舶碰撞概率高、南塔所受船撞力计算值大。经综合分析,传统被动防撞方案均不能很好满足南塔防撞要求,故提出采用锁口钢管桩围堰外挂软体护舷的新型防撞方案。该防撞方案通过在承台外围设锁口钢管桩围堰形成裙墙,在围堰外侧外挂软体护舷,并在围堰与承台之间空隙处填充耗能材料实现防撞及消能,裙墙同时兼作临时施工围水设施以及起到永久冲刷防护和船撞消能作用。为验证新型防撞装置的防撞效果并选择合适的耗能材料,进行船桥碰撞有限元分析。最终采用填充沙粒的新型防撞装置方案,该方案可削减36.68%南塔承台撞击力,防撞效果好。新型防撞方案施工简单,后期仅需对钢管桩作防腐处理,撞后便于修复,工程造价低。

关键词：悬索桥船桥碰撞锁口钢管桩围堰软体护舷防撞方案有限元法

五种植物纤维/聚乙烯木塑复合材料紫外老化性能

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复合材料科学与工程 2024年

作者：黄淼林方海霍瑞丽陈航南京工业大学土木工程学院

为探究杨木、稻壳、竹材、稻秆、麦秆五种植物纤维/聚乙烯（PE）木塑复合材料的紫外老化性能，对其进行为期120天的人工加速紫外老化试验，分析其老化前后表观颜色、质量、力学性能和微观形貌变化。结果表明：人工紫外老化导致五种PE基... 详细信息

为探究杨木、稻壳、竹材、稻秆、麦秆五种植物纤维/聚乙烯（PE）木塑复合材料的紫外老化性能，对其进行为期120天的人工加速紫外老化试验，分析其老化前后表观颜色、质量、力学性能和微观形貌变化。结果表明：人工紫外老化导致五种PE基木塑复合材料色差变化稳定、质量先降低（前30天）后回增，力学性能下降，出现断面裂缝、翘曲。紫外老化120天后，五种PE基木塑复合材料弯曲强度和拉伸强度降幅为：杨木/PE复合材料分别为32.04%和16.31%，稻壳/PE复合材料分别为34.95%和26.41%，竹材/PE复合材料分别为27.57%和21.85%，稻秆/PE复合材料分别为33.06%和27.85%，麦秆/PE复合材料分别为25.57%和23.95%。

关键词：植物纤维聚乙烯木塑复合材料紫外老化力学性能

内填陶粒耗能材料的桥梁钢管桩围堰防船撞试验及数值模拟

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工程力学 2024年

作者：戴磊方海王仁贵祝露姚鹏飞南京工业大学土木工程学院中交公路规划设计院有限公司

本文基于某长江大桥提出了内填陶粒耗能材料的桥梁钢管桩围堰防船撞装置，并开展了缩尺模型试验和数值模拟研究。首先，为了验证该防撞装置的有效性，开展了1：25缩尺模型试验。其次，为了验证数值模拟的适用性，本文基于LS-DYNA有限元... 详细信息

本文基于某长江大桥提出了内填陶粒耗能材料的桥梁钢管桩围堰防船撞装置，并开展了缩尺模型试验和数值模拟研究。首先，为了验证该防撞装置的有效性，开展了1：25缩尺模型试验。其次，为了验证数值模拟的适用性，本文基于LS-DYNA有限元分析软件，开展了模型试验的数值仿真。通过对比数值模拟数据与模型试验数据，验证了数值模拟方法、材料模型和参数的适用性和可靠性。最后，本文建立了相应长江大桥的有限元模型，开展了数值模拟研究。结果表明：相比于无防撞装置的模型，钢管桩围堰内填散粒体对船舶撞击力峰值削减率能够到达30.31%～34.08%，对桥梁防撞能力评估和设计提供了一定的参考。

关键词：船桥碰撞防船撞装置缩尺模型试验锁扣钢管桩围堰内填散粒体有限元数值模拟

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内填砂粒的桥梁钢管桩围堰船撞试验与模拟

中国公路学报 2024年

作者：方海居慰祝露张新晨姚鹏飞南京工业大学土木工程学院

为避免船舶与桥梁相撞威胁交通运输安全，提出一种设置在桥墩处的内填砂粒永临结合钢管桩围堰防撞设施。参照某桥梁工程，设计、制作缩尺比为1：25的新型防船撞设施模型，进行水平撞击试验并对比分析有无防撞设施的桥墩模型在撞击荷载... 详细信息

为避免船舶与桥梁相撞威胁交通运输安全，提出一种设置在桥墩处的内填砂粒永临结合钢管桩围堰防撞设施。参照某桥梁工程，设计、制作缩尺比为1：25的新型防船撞设施模型，进行水平撞击试验并对比分析有无防撞设施的桥墩模型在撞击荷载作用下撞深和撞击力时程曲线；采用非线性有限元模型，对桥墩撞击响应和破坏过程进行仿真模拟，并与试验结果进行对比，验证其有限元结果的可靠性；结合该实际工程，建立船-防撞设施-桥碰撞有限元模型，开展数值模拟研究，分别计算四组撞击工况中防撞设施对峰值撞击力的削减效率。研究结果表明：相比于无防撞设施的桥墩，新型防船撞设施模型受到撞击后，钢管桩围堰可有效保护船艏，对撞深削减率为34.25%；撞击力峰值和撞击深度的误差分别小于10%和5%，验证了有限元模型的精确性；随着船舶质量和撞击速度的增加，峰值撞击力削减率越大，其中200000t级船舶以3.97m/s减载正撞SZ02#南塔，峰值撞击力削减率达38.11%；因此，内填砂粒耗能材料的钢管桩围堰防船撞设施可较好削力，减轻撞击过程中船舶、桥墩、防撞设施损伤程度，为实际桥梁防撞设计提供参考依据。

关键词：船桥碰撞钢管桩围堰缩尺实验有限元模拟防撞设施

纤维增强复合材料缠绕管桩弯曲冲击吸能试验与模拟

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振动与冲击 2024年第13期43卷 299-305页

作者：姚昱方海祝露朱俊羽南京工业大学土木工程学院南京211816

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性、灵活的可设计性等优点。为解决桥梁防船撞难题,提出一种缠绕成型的FRP管桩抵御船舶撞击。分别改变管桩的壁厚、缠绕角度和冲击能量,开展弯曲冲击试... 详细信息

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性、灵活的可设计性等优点。为解决桥梁防船撞难题,提出一种缠绕成型的FRP管桩抵御船舶撞击。分别改变管桩的壁厚、缠绕角度和冲击能量,开展弯曲冲击试验,对比分析各试件的破坏模式、动力时程响应及撞击过程中能量耗散情况。结果表明,纤维缠绕角度会改变试件的破坏模式,±75°缠绕角度的试件发生了剪切破坏,而±45°缠绕角度的试件仅在冲击区域发生局部破坏,且能恢复变形;增大壁厚能有效减小试件变形,但撞击力峰值会随之增大。采用ANSYS/LS-DYNA建立了冲击试验模型并进行有限元分析,数值模拟结果与试验值吻合较好。

关键词：冲击试验复合材料(FRP) 破坏模式吸能特性数值模拟

新型再生发泡混凝土墙式护栏防车撞试验与模拟

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中国公路学报 2024年第5期37卷 122-137页

作者：张新晨方海张喆姜维祝露张清玲高涵南京工业大学土木工程学院江苏南京211816 中建三局集团有限公司湖北武汉430075

设置防撞护栏是保障高等级公路交通安全的基本途径之一,在中国具有广泛的应用。然而,传统护栏的刚性偏大,耗能能力相对较弱,车撞下可能导致较严重的车辆损毁和人员伤亡。基于此,提出了一种将再生发泡混凝土作为缓冲材料的新型SS级墙式护... 详细信息

设置防撞护栏是保障高等级公路交通安全的基本途径之一,在中国具有广泛的应用。然而,传统护栏的刚性偏大,耗能能力相对较弱,车撞下可能导致较严重的车辆损毁和人员伤亡。基于此,提出了一种将再生发泡混凝土作为缓冲材料的新型SS级墙式护栏,该护栏采用了一定量的砖混建筑固废作为原料,具备较好的经济性和绿色低碳属性,同时将其与薄壁钢外壳组合,形成一种外挂便于更换的耗能导向部件,提高整体护栏的可恢复性。针对该新型护栏的吸能特性与防护效果,开展了足尺车辆撞击试验和数值模拟研究。试验结果表明:该新型护栏具有较好的缓冲吸能特性,发生撞击后,车辆保持了较好的完整性,钢外壳导向痕迹明显,发泡混凝土充分吸能,脱落率达20%以上。相较于传统普通护栏,撞击力峰值削减幅度超过54%、平行和垂直护栏方向加速度峰值削减分别达到55%和61%以上。研究进一步建立了车、护栏精细化有限元分析模型并开展了模拟撞击分析,通过和试验结果对比验证了其准确性。根据规范对于新型护栏在实际使用时的阻挡、导向等功能要求,开展了新型护栏与小型客车、大型客车和大型货车3种车辆的撞击模拟,结果表明,新型护栏的再生发泡混凝土缓冲层溃缩吸能可以有效减轻护栏固定层和碰撞车辆的损伤,其吸能占比随着冲击能量等级的增加而增加,最高达到了35%左右。所有工况下,撞击车辆均未发生穿越、翻越、骑跨的现象,验证了新型护栏在实际使用过程中较好的阻挡、导向功能,具有较好的应用前景。

关键词：桥梁工程墙式护栏冲击试验再生发泡混凝土撞击力车辆安全

小角度缠绕复合材料护岸管桩抗弯性能试验与设计

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复合材料科学与工程 2024年第4期 90-96页

作者：张恒方海王肖淳夏国龙徐双南京工业大学土木工程学院南京211816

本文提出一种新型复合材料护岸管桩。该护岸管桩由纤维缠绕工艺制备的复合材料缠绕管制成。通过四点弯曲试验,得到试件的破坏模式以及荷载-位移关系,以此分析缠绕角度±55°、±15°以及是否浇筑混凝土对护岸管桩抗弯性能影响。结果表明... 详细信息

本文提出一种新型复合材料护岸管桩。该护岸管桩由纤维缠绕工艺制备的复合材料缠绕管制成。通过四点弯曲试验,得到试件的破坏模式以及荷载-位移关系,以此分析缠绕角度±55°、±15°以及是否浇筑混凝土对护岸管桩抗弯性能影响。结果表明:纤维缠绕角度由55°减小为15°与浇筑混凝土都能极大提高复合材料护岸管桩的刚度和抗弯承载力。在此基础上进行复合材料护岸管桩嵌固端深度计算公式推导,并给出护岸管桩的设计流程以及应用建议。这为之后复合材料护岸管桩应用于护岸工程提供了参考。

关键词：护岸管桩复合材料缠绕管四点弯曲试验嵌固端深度设计流程

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常泰长江大桥船撞抗力研究及安全性评估

桥梁建设 2024年第3期54卷 78-84页

作者：张景峰荀非帆尹震君苑仁安方海长安大学公路学院陕西西安710064 江苏省交通工程建设局江苏南京210004 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056 南京工业大学土木工程学院江苏南京211816

为确保常泰长江大桥建设和服役安全,对大桥进行船撞抗力研究及安全性评估。采用单位荷载法计算各涉水下部结构船撞抗力及其船撞破坏控制模式;基于船-桥碰撞概率模型得到各墩碰撞概率,明确常泰长江大桥船撞风险等级,通过对比数值模拟和... 详细信息

为确保常泰长江大桥建设和服役安全,对大桥进行船撞抗力研究及安全性评估。采用单位荷载法计算各涉水下部结构船撞抗力及其船撞破坏控制模式;基于船-桥碰撞概率模型得到各墩碰撞概率,明确常泰长江大桥船撞风险等级,通过对比数值模拟和经验公式计算的船撞力,确定设防船型碰撞各下部结构船撞力;以船撞安全系数和实际防撞吨位为指标进行船撞安全评估。结果表明:1~4号墩船撞破坏模式均由碰撞截面抗剪强度控制,5号和6号塔船撞破坏模式均由基底地基竖向承载力控制;在目前船舶流量下全桥船舶年碰撞概率为1.58次/年,与同类桥梁相比船舶碰撞风险较低且处于安全可控水平,大桥孔跨布置和航道规划合理;全桥涉水下部结构船撞安全系数为1.10~6.54,各下部结构实际防撞吨位均大于相应设防船型吨位,常泰长江大桥涉水下部结构抗船撞性能满足要求。

关键词：桥梁工程船-桥碰撞船撞抗力控制模式碰撞概率船撞力安全性评估有限元法