船桥碰撞风险评估与防撞设施研究

摘要

跨越航道修建桥梁,船撞是一个重要的安全问题。自20世纪80年代以来,我国已修建和规划修建大量跨航道桥梁,同时船舶航运也发展快速。上述两个因素使得我国桥梁工程领域的从业者必须解决桥梁的船撞安全分析和防撞设计理论问题。在桥梁船撞风险评估的基础理论研究方面,我国学者也进行了初步的研究与探索,但在深度和全面性等方面还有不足之处,还不能与我国大量航道桥梁工程建设相适应。被动防撞设施是为降低桥梁船撞风险而采取的工程措施,其形式多样,性能各异,应根据具体情况慎重选择。由此可见,对桥梁船撞风险评估和桥梁防撞设施展开进一步的研究是十分必要的。研究桥梁船撞风险评估的方法很多,其中概率风险评估法可以量化船桥碰撞的风险,本文主要利用该方法对桥梁船撞进行风险分析。船舶撞击防撞装置的碰撞问题是一个十分复杂的高度非线性问题,仅仅依靠经典的碰撞理论,无法得到完全解。随着非线性有限元技术的飞速发展,以及计算机硬件水平的提高,因此可以利用计算机数值仿真方法解决此类问题。本文的重点之一在于研究桥梁船撞概率的计算模型,在对比分析前人研究成果的基础上,总结和深化自身对现有知识的理解提出个人见解;之二是防撞装置的碰撞分析,采用ANSYS/LS-DYNA对某桥主墩的防撞装置进行仿真碰撞分析。本文的主要成果如下:
　　(1)对比分析国内外的概率模型,充分考虑影响船桥碰撞概率的因素,引入相应的影响因子对船撞概率计算模型进行修正。
　　(2)补充了船舶分别撞击矩形桥墩长边和短边的概率计算方法。
　　(3)结合船舶与桥墩撞击角度的实际分布情况,对AASHTO规范中船舶正撞桥墩的船撞力计算公式进行修正。
　　(4)结合经典船桥碰撞理论,以及ANSYS/LS-DYNA的计算特性,提炼出在采用ANSYS/LS-DYNA对船舶与防撞装置进行分析时需要重点解决的问题。
　　(5)对某长江大桥进行船撞风险评估,计算各桥墩的船撞概率。合理设计桥墩防撞装置,用ANSYS/LS-DYNA模拟5000DWT的代表船舶以3.0m/s的初始速度正面撞击桥墩防撞装置,并对结果进行相关分析。

目录

摘要

Abstract

第1章 引言

1.1 桥梁船撞事故发展趋势及后果

1.1.1 桥梁船撞事故发展趋势

1.1.2 桥梁船撞事故后果统计

1.2 桥梁船撞的研究历程

1.2.1 国外桥梁船撞研究历程

1.2.2 国内桥梁船撞研究历程

1.3 桥梁船撞的研究现状

1.4 我国潜在的桥梁船撞危机

1.5 课题研究意义及内容安排

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 内容安排

第2章 桥梁船撞风险管理

2.1 我国桥梁船撞风险研究概况

2.2 工程结构风险的概念

2.3 工程风险管理

2.3.1 工程结构风险识别

2.3.2 工程结构风险评估

2.3.3 工程结构风险对策

2.4 桥梁船撞风险管理

2.4.1 桥梁船撞风险识别

2.4.2 桥梁船撞风险评估

2.4.3 桥梁船撞风险对策

2.4.4 桥梁船撞风险管理框架

2.5 本章小结

第3章 桥梁船撞风险评估方法

3.1 风险评估常用方法

3.2 应用于船撞风险评估的常用方法

3.2.1 故障树方法用于桥梁船撞风险评估

3.2.2 模糊综合评估法用于桥梁船撞风险评估

3.2.3 概率风险评估法用于桥梁船撞风险评估

3.2.4 桥梁船撞损伤概率计算方法

3.2.5 桥梁船撞风险接受准则

3.3 降低船撞风险的措施

3.3.1 主动防撞措施

3.3.2 被动防撞措施

3.4 本章小结

第4章 桥梁防撞装置的研究

4.1 经典船桥碰撞理论

4.1.1 沃辛碰撞理论

4.1.2 汉斯——德鲁彻碰撞理论

4.2 桥墩防撞装置研究的重要意义

4.3 桥梁防撞设施分类简述

4.4 ANSYS/LS-DYNA在桥梁防撞设计中的应用

4.4.1 ANSYS/LS-DYNA用于分析钢套箱防撞设施

4.5 本章小结

第5章 桥梁船撞实例分析

5.1 桥梁及通航概况

5.2 桥梁船撞风险分析

5.2.1 桥梁船撞概率计算

5.2.2 船撞力计算

5.2.3 桥梁倒塌概率计算

5.3 桥梁防撞分析

5.3.1 桥墩防撞装置的选取

5.3.2 桥墩防撞装置的结构及工作原理

5.3.3 船舶与防撞装置的碰撞分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 进一步研究的方向

致谢

参考文献

读硕士期间所发表的论文及参与的科研项