洙水河麒麟桥通航安全风险及抗撞性能研究.pdf
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1、-167-摘要:以跨越洙水河航道的麒麟桥为工程背景,结合相关规范,并借助有限元分析软件,对桥梁通航安全风险及抗撞性能进行研究。结果表明:桥区通航安全风险较高,桥梁抗撞性能不满足规范要求。研究结果可为后续桥梁防撞能力提升设计提供理论支撑和参考依据。关键词:通航风险;抗撞;有限元法中图分类号:U698文献标识码:AStudy on navigational safety risk and impact-resistant performance of Zhushui river Qilin bridgeZHU Xiaolei,YAN Xianliang,LIU Qi(Shandong Provin
2、cial Communications Planning and Design Institute Group Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250101 China)Abstract:TakingtheQilinBridgeacrossthewaterwayoftheZhushuiriverastheengineeringbackground,combinedwithrelevantspecifications,andwiththehelpoffiniteelementanalysissoftware,thenavigationsafetyriskandanti-colli
3、sionperformanceofthebridgearestudied.Theresultsshowthatthesafetyriskofthebridgeareaishigh,andtheanti-collisionperformanceofthebridgedoesnotmeettherequirementsofthecode.Theresearchresultscanprovidetheoreticalsupportandreferenceforthesubsequentdesignofbridgeanti-collisionabilityimprovement.Key words:n
4、avigationrisk;crashworthiness;finiteelementmethod引言近年来内河水运发展迅猛,航道扩能速度加快,船舶大型化趋势明显。既有跨河桥梁设计年代久远,一般较少考虑或未全面考虑大型船舶碰撞荷载作用,一旦发生船桥碰撞事故,极易造成桥梁坍塌受损、航道断航,威胁人民群众的生命财产安全。因此,对桥梁的通航安全风险及抗撞性能研究显得格外重要。以跨越洙水河航道的麒麟桥为工程背景,结合相关规范,并借助有限元分析软件,对桥梁通航安全风险及抗撞性能进行研究,以期为后续工程防撞设计提供理论支撑和参考依据。1 工程概况洙水河航道是京杭运河的重要支线航道,关于京杭运河洙水河航道改
5、造工程初步设计的批复(鲁交规划2008209号)文件中,规定了本工程“航道底宽30m,设计边坡为13,全长51.8km”。麒麟桥位于山东省菏泽市巨野县麒麟镇麒麟村村北,采用(25+39+25)m预应力混凝土连续箱梁跨越洙水河航道,引桥为413m普通钢筋混凝土空心板,桥梁全长148.13m,桥宽7m,采用四级公路标准设计,设计速度20km/h。通航孔处主桥桥墩墩身采用圆头矩形断面,钻孔灌注桩基础。2 通航安全风险研究2.1 航道条件分析桥梁所处河段航道顺直,水流流速较小;航道最小通航水深3.8m,满足1000吨级船舶通航要求。桥梁实际通航净宽37.2m,满足单向航道通航净宽36m要求;桥梁实际通
6、航净高6m,满足批复文件要求,但不能满足规范对级航道通航净高7m的要求。2.2 通航环境分析根据内河通航标准1要求,水上过河建筑物在通航水域设有墩柱时,应设置助航标志、警示标志和必要的墩柱防撞保护设施。本桥助航及警示标志不全、不规范,未设置有效防护装置,不利于桥区水域船舶通航安全。桥梁主跨桥墩位于河道内通航水域内,对船舶航行有一定影响,桥区通航环境一般。洙水河麒麟桥通航安全风险及抗撞性能研究朱小磊,闫显亮,刘 琦(山东省交通规划设计院集团有限公司,山东 济南 250101)收稿日期:2022-10-10作者简介:朱小磊(1991),男,江苏连云港人,硕士研究生,工程师,研究方向为航道工程与桥梁
7、工程研究设计。朱小磊,闫显亮,刘 琦:洙水河麒麟桥通航安全风险及抗撞性能研究-168-3 抗撞性能研究3.1 抗撞性能标准麒麟桥属中桥,根据公路桥梁抗撞设计规范2,船撞重要性等级为C3级,在L1级设防水准下设防目标为P2级(部分功能降低的临界状态),构件的抗船撞性能等级为JX2级,其性能描述见表1。表 1 桥梁构件的抗船撞性能等级构件的抗船撞性能等级性能描述柱式构件支座桩基础JX1无需维修支座可以保持正常工作碰撞后基础正常工作JX2可修复的损伤支座发生破坏,但不发生落梁;更换主要功能不受影响,无需大的维修即可继续使用JX3更换新构件-需维修加固3.2 有限元模型及撞击力利用MidasCivil
8、有限元软件进行桥梁抗撞性能分析,有限元模型见图1。图 1 主桥结构有限元模型结合到港船型统计数据及内河通航标准1,设防船型采用1000吨级船舶,其总长型宽型深分别为56m9.8m3.5m。采用强迫振动法计算船撞效应,综合航道水流条件和船舶实际航速情况,撞击速度取3m/s,计算得到船舶撞击力时程曲线,见图2。将5#主墩作为被撞桥墩进行模拟,考虑最不利工况,即撞击点位于承台顶面以上6.5m处进行相关分析。3.3 抗撞性能分析3.3.1 桥墩抗撞性能分析(1)弯曲变形性能验算根据公路桥梁抗撞设计规范2要求,柱式构件的性能等级按构件转角或塑性铰区转角划分,需对桥墩底部截面进行弯矩(M)-曲率()曲线研
9、究,见图3。0.2 0.4 0.6 0.8 1.05 0004 0003 0002 0001 0000撞击力/kN横桥向撞击力无量纲时间图 2 船舶撞击力时程曲线 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025曲率(1/m)25 00020 00015 00010 0005 0000弯矩/(kNm)图 3 桥墩弯矩-曲率曲线实际弯矩曲率曲线等效弯矩曲率曲线桥墩横桥向等效屈服曲率为1.22010-3m-1,极限屈服曲率为24.1910-3m-1,计算可得弯曲变形性能等级的界限值为22.03610-3rad;桥墩顺桥向等效屈服曲率为1.88710-3m-1,极限屈服曲率为53.1410
10、-3m-1,计算可得弯曲变形性能等级的界限值为27.99810-3rad。输入撞击力时程曲线,利用MidasCivil进行时程分析,对桥墩的最大转角进行模拟计算,见图4。MIDAS/CivilPOST-PROCESSORDISPLACEMENTDisplacementX-旋转2.00736e-0047.86878e-0041.37302e-0031.95916e-0032.54530e-0033.13144e-0033.71759e-0034.30373e-0034.88987e-0035.47601e-0036.06215e-0036.64829e-003系数=3.0685E+002THAL
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