斜拉桥船撞风险分析_邓皓天.pdf
《斜拉桥船撞风险分析_邓皓天.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《斜拉桥船撞风险分析_邓皓天.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、投稿网址:www stae com cn2023 年 第23 卷 第5 期2023,23(5):02164-07科学技术与工程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T收稿日期:2022-05-05;修订日期:2022-11-10基金项目:国家自然科学基金(52171274);重庆英才计划 创新创业示范团队(CQYC201903204)第一作者:邓皓天(1998),男,汉族,重庆人,硕士研究生。研究方向:海洋工程结构。E-mail:Deng_ht1998163 com。*通信作者:刘宪庆(1986),男,汉族,山东潍坊人
2、,博士,讲师。研究方向:海洋工程结构。E-mail:liuxianqing_1986126 com。引用格式:邓皓天,刘宪庆,余葵,等 斜拉桥船撞风险分析 J 科学技术与工程,2023,23(5):2164-2170Deng Haotian,Liu Xianqing,Yu Kui,et al Ship collision risk analysis of cable-stayed bridgeJ Science Technology and Engineering,2023,23(5):2164-2170斜拉桥船撞风险分析邓皓天1,2,刘宪庆1,2*,余葵1,2,周强1,2,唐亮3(1 重庆交
3、通大学河海学院,重庆 400074;2 国家内河航道整治工程技术研究中心,重庆 400074;3 山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆 400074)摘要随着内河航道通航船舶吨位及密度的增加,船桥碰撞风险加剧,成为影响桥梁正常运行以及内河通航安全的关键因素之一。基于 AASHTO 模型,以长江某斜拉桥为例,采用 Xtract 软件和 MIDAS 全桥模型分别计算桥墩控制截面的极限弯矩和桥墩内力,分析确定桥梁桥墩抗力;采用现行规范、经验公式与有限元计算的方法确定桥区通航代表船型对桥墩的撞击力;运用 AASHTO 模型计算桥梁年撞击概率和年撞损概率,确定桥梁风险水平并提出合理化建议。结果表明:该
4、桥梁主墩及辅墩的风险概率均在可接受范围内。关键词AASHTO 模型;桥梁;船舶;碰撞;风险分析中图法分类号U443.22;文献标志码AShip Collision isk Analysis of Cable-stayed BridgeDENG Hao-tian1,2,LIU Xian-qing1,2*,YU Kui1,2,ZHOU Qiang1,2,TANG Liang3(1 Hehai College,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China;2 National Engineering esearch Center for I
5、nland Waterway egulation,Chongqing 400074,China;3 State Key Laboratory Base of Mountain Bridge and Tunnel Engineering,Chongqing 400074,China)Abstract With the increase of tonnage and density of inland waterway navigable ships,the risk of ship-bridge collision is increas-ing,which has become one of t
6、he key factors affecting the normal operation of bridges and inland navigation safety Based on theAASHTO model,taking a cable-stayed bridge in the Yangtze iver as an example,the ultimate bending moment and internal force ofthe pier control section were calculated by Xtract software and MIDAS full br
7、idge model,and the resistance of the bridge pier was ana-lyzed and determined The impact force of the representative ship type on the bridge pier was determined by the current code,empiricalformula and finite element calculation method AASHTO model was used to calculate the annual impact probability
8、 and annual damageprobability of bridges,determine the bridge risk level and put forward reasonable suggestions The results show that the risk probabilityof the main pier and auxiliary pier of the bridge is within the acceptable range Keywords AASHTO model;bridge;ship;collision;risk analysis近年来,上海大治
9、河桥、湖南平江大桥、上海斜塘大桥、广州洪奇沥大桥和珠海莲溪大桥相继遭受到不同船舶撞击,造成了不同程度的损失1。2021年 1 月,交通运输部印发关于深化防范化解安全生产重大风险工作的意见(交安监发2021 2号),给出 交通运输安全生产重大风险清单,并将船舶碰撞桥梁风险列入交通运输领域安全生产重大风险清单中。因此,对桥梁结构进行船舶撞击风险评估尤为重要。耿波2 建立了一个桥船安全评估系统,并利用此系统对两座长江大桥进行安全评估。赵君黎等3 将中国桥梁防撞规范与美国、欧洲等规范进行比较研究,发现差异较大。郑植等4 对通明海特大桥桥墩在不同水位下的抗力水平进行分析,并对通明海特大桥的防护装置进行研
10、究。张星星等5 基于美国国家公路与运输协会(American AssociationofStateHighwayandTransportationOfficials,AASHTO)模型,对桥间距、桥位以及能见度进行修正计算,并对典型桥型进行风险概率计算,结果表明风险概率评价较为合理。唐勇等6 将 AASHTO模型、KUNZI 模型和改进的 KUNZI 模型进行比较分析,建议选用前两者的较大数值作为桥墩的碰撞概率。彭可可7 对 AASHTO 模型进行改进,对双塔双索面斜拉桥船的动态偏航概率、年撞击频率进行计投稿网址:www stae com cn算。邵伟峰等8 对 AASHTO 模型进行改进,提
11、出动态桥梁碰撞概率,对白居寺长江大桥进行了船撞风险评估。付旭辉等9 利用有限元法与 AASHTO 模型计算对比,对珠海淇澳大桥进行船撞能力评估。现有的防撞设施有拱形自浮式水上升降防撞装置10、纤维增强复合材料(fiber reinforced poly-mer,FP)防撞浮箱11、新型装配超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)防 撞 装置12、框架结构新型防撞装置13 等防撞设施,但是加装防撞设施后仍存在较大风险,如 2020 年 6 月 9日,西江大桥的防撞浮箱船舶侧向撞击后损毁,直接经济损失 900 万元,次生安全隐患明显。目前对于大跨度
12、斜拉桥船撞风险研究还不够完善14。斜拉桥是大跨度桥梁最主要的桥型,因此现以长江某斜拉桥为例,基于 AASHTO 模型对其涉水桥墩进行船撞风险分析,对自身抗撞能力、船舶撞击力以及桥梁年撞击概率和年撞损概率进行计算,确定桥梁船撞风险,并提出合理化建议。1工程概况1.1桥梁概况算例桥为436 m 双塔双索面斜拉桥。主桥桥长879 m,桥跨组合为主桥(35.5+186+436)m 双塔斜拉桥,全桥长度 1 198.94 m。该斜拉桥的整体布置图见图 1。7#12#表示桥墩编号图 1斜拉桥整体布置图Fig.1Overall layout of cable-stayed bridge1.2桥区水域情况通过
13、调查,距离工程最近的水工建筑物主要有某危险品码头、某航道基地趸船和天然气管道穿越工程以及某油码头。1.3桥区河段水流条件桥梁在长江干流上,河道呈“U”形,水流条件见表 1。表 1桥区河段水流条件Table 1iver flow conditions in bridge area工况水位/m流速/(m s1)夹角/()相对横向流速/(m s1)低水位175701510 44016 1 43高水位198054010 44005 1 43洪水位203065510 44005 1 43从表 1 可以看出,低水期桥区河段水流流速较小;高水期河道中水流流速较大且桥区河段河道弯曲,规划航道中心线与水流流向的
14、夹角较大,相对横向流速较大。由于水面宽度较大,工程河段整体较平顺,主流平面流速变化较均匀。选取的低水位、高水位和洪水位的流速分别是 1.5、4、5.5 m/s。1.4可达性分析船舶在最高通航水位(198.05 m)、洪水位(203.06 m)之间水位通航时,9#12#墩都会发生船撞的风险,其中 9#、10#墩位于主航道区域;船舶在最低通航水位(175.70 m)通航时,仅 10#墩会发生船撞的风险。2桥梁自身抗撞能力分析2.1模型建立在船撞力的作用下,墩柱在墩底处产生最大弯矩和剪力,桩基在桩顶处产生最大弯矩和剪力,一般情况下,可以将墩柱底截面和桩顶截面作为最危险控制截面进行计算。通过 Xtra
15、ct 软件进行桥墩最危险截面处弯矩-曲率曲线的模拟计算。在截面分析软件 Xtract 中输入材料参数,按照实际截面尺寸和配筋建模,网格的划分根据截面尺寸和分析效果进行划分,得出弯矩-曲率曲线。弯矩-曲率分析一般分两个阶段分析,分别是混凝土开裂、钢筋屈服两个阶段,该墩柱具有正常配筋率,受拉钢筋首先屈服,取钢筋屈服时的弯矩作为截面的极限弯矩。建立的极限弯矩计算模型各控制截面的截面形状及网格划分情况见图2。为了确定该斜拉桥主桥自身内力,通过 MIDAS 建立桥梁整体模型,如图3 所示。图 2各控制截面的截面形状及网格划分Fig.2Section shape and meshing of contro
16、l sections56122023,23(5)邓皓天,等:斜拉桥船撞风险分析投稿网址:www stae com cn图 3主墩及辅墩有限元内力计算模型Fig.3Finite element internal force calculationmodel of main pier and auxiliary pier2.2桥墩自身抗撞能力计算参考文献 15 中指出,当桥墩受到大小为 P 的船撞力作用时,船撞力在各桥处产生的内力 F 计算公式为F=P1 000F(1)式(1)中:F 为船撞力在桥产生的内力,此处为极限弯矩,kNm;P 为船撞力,kN;F 为桥墩施加1 000 kN船撞力得到的桥墩
17、内力,此处为截面弯矩,kN m。反之,则可以得到船撞力 P,即桥墩自身抗撞能力,按式(2)计算。P=FF 1 000(2)在 MIDAS 软件计算中,对桥墩施加1 000 kN 的单位荷载,作用在墩底和桩顶以上 2 m 位置中点处16,荷载类型为节点荷载(船只或漂浮物的撞击力),角度为水平方向横桥向正撞(0),从而得到桥墩内力,即截面弯矩。由式(2)得到主墩及辅墩在不同水位下的桥墩抗力。截面弯矩、极限弯矩、桥墩自身抗撞能力的计算结果见表 2。3船舶撞击力计算3.1代表船型及通航量预测该斜拉桥工程河段代表船型按5000 t 级干散货船考虑17。高水期可通行更大吨位船舶,验算中主墩(9#、10#)
18、的撞击船舶按7 000 t 级干散货船考虑,辅墩(11#、12#)的撞击船舶按2 000 t 级干散货船考虑。根据 20142017 年的实测年通航量,预测2025 年、2030 年和 2035 年的船舶通航量分别为 18250、22 265 和 23 360 艘。主要船型参数见表 3。表 3工程河段船型尺度表Table 3Ship type scale table of engineering reach船型主尺度/m型长型宽吃水2 000 t 级110163305 000 t 级110192407 000 t 级118202453.2偏航撞击速度桥区河段航行船舶(队)的航速参数:船舶上行航
19、速为12 km/h,下行航速为20 km/h。综合考虑安全因素以及河道里程综合影响后,采用公路桥梁抗撞设计规范18 公式计算得到船舶通过各涉水桥墩时的撞击速度,计算公式见式(3),船舶撞击速度曲线图见图 4。V=VT,X XcXLVL XcVL X(VT VL)XL Xc,Xc X XLVL(Vmin),X XL(3)表 2斜拉桥墩自身抗撞能力计算结果Table 2Calculation results of self-collision capacity of cable-stayed bridge pier桥墩荷载工况关键截面截面弯矩/(kN m)极限弯矩/(kN m)单位荷载/kN桥墩自
20、身抗撞能力/MN9#高水位洪水位墩底8 30710185 1061 00022270桩顶70975143 1041 0002015墩底13 77527185 1061 00013430桩顶65993143 1041 000216710#低水位高水位洪水位墩底3 84208185 1061 00048151桩顶64907143 1041 0002203墩底13 41961185 1061 00013786桩顶60975143 1041 0002345墩底17 31057185 1061 00010687桩顶54424143 1041 000262811#、12#高水位洪水位墩底12 865296
21、26 1041 000487桩顶1 91707143 1041 000746墩底14 5357062 1041 000431桩顶1 73670143 1041 0008236612科学技术与工程Science Technology and Engineering2023,23(5)投稿网址:www stae com cn式(3)中:V 为设计船舶撞击速度,m/s;VT为船舶的正常航行速度,m/s;X 为桥墩中心线至航道中心线的距离,m;Xc为航道中心线至航道边缘距离,m;XL为航道中心线至 3 倍船长的距离,m;VL为水域特征流速,m/s;Vmin为船舶最小设计撞击速度,m/s。船舶通过各涉水
22、桥墩时的撞击速度计算结果见表4。在综合考虑安全因素后将撞击速度取为航道内正常行驶速度,即船舶通过 9#主墩时撞击速度为5.5 m/s(船舶上行),10#主墩时撞击速度为 8.5 m/s(船舶下行)。11#、12#桥墩仅考虑洪水位时船舶失控撞向11#、12#桥墩的情况,取5.5 m/s(船舶下行)。图 4船舶撞击速度曲线Fig.4Ship impact velocity curve表 4船撞速度计算结果Table 4Calculation results of ship collision velocity桥墩水位/m速度/(m s1)9#198054 3203065 5175705 910#1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 斜拉桥 风险 分析 邓皓天
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。