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船舶碰撞(二)—碰撞荷载计算

发布于:2020-07-02 14:40:02 来自:道路桥梁/路桥资料库 [复制转发]


船舶碰撞(二)—碰撞荷载计算
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引言

自从事桥梁检测和健康监测多年,一致想对桥梁碰撞设计的相关规范进行一次系统学习,借助这次对我国规范的学习,同时对比了美国AASHTO规范,计划分三期(分别为碰撞风险分析、碰撞荷载、碰撞防护措施三个主题)与大家进行分享,如有分析不对的地方,还望大家留言指正,万分感谢!

自从事桥梁检测和健康监测多年,一致想对桥梁碰撞设计的相关规范进行一次系统学习,借助这次对我国规范的学习,同时对比了美国AASHTO规范,计划分三期(分别为碰撞风险分析、碰撞荷载、碰撞防护措施三个主题)与大家进行分享,如有分析不对的地方,还望大家留言指正,万分感谢!



碰撞荷载的应用


1

在平行于航道方向作用100%的设计碰撞荷载;

2

在垂直航道方向上,作用50%的设计碰撞荷载;

3

桥梁整体稳定分析时,碰撞荷载作为一集中力,作用在桥墩的通航水位的位置上;

4

桥墩设计时,碰撞荷载作为竖向均布的局部碰撞荷载,分布在轮船船首高度内或者驳船的前缘高度范围内;

5

桥梁上部结构设计时,碰撞荷载作为横向荷载作用在上部结构的构件上,方向与航道平行;


船舶与桥梁相撞时一种极端事件,发生概率很低,对应的极限状态也是桥梁不倒塌。根据桥梁的重要性不同,可以选择不同的容许损坏程度——既能保证结构的整体性,对交通造成的危害最小,又能在相对较短时间内完成对桥梁的维修。如果桥梁设计是以频率较高但危险性较低的碰撞为依据的,那么碰撞发生时,就不允许出现结构破坏和交通中断。


船舶碰撞荷载一般以等效静力荷载为基础,包括整体承载能力验算时的整体荷载和局部构件承载能力验算时的局部荷载。


1.《公路桥涵设计通用规范》

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我国这本最常用的规范,本规范表中所列海伦的船舶撞击力设计值,是对国内有关船舶撞击计算公式及有关研究成果经综合分析、比较的基础上综合确定的。顺桥向的撞击设计值去横桥向撞击设计值的1/2.本规范规定值大多数小于国外的研究成果或规定值,但与我国自己的研究成果接近


2.美国AASHTO

image.png

  AASHTO作为等效静荷载作用在桥墩上。


3. 《公路桥梁抗撞设计规范》

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轮船撞击桥梁是一个动态过程,处于简化设计目的,将动态的船舶撞击过程用一个等效静力来近似代替。这个公式根据我国8艏代表性的3000DWT~50000DWT轮船的撞击动态时间过程,经过数理统计得到的。

对比结果
Compare the Results

image.png
轮船撞击力:速度3m/s

结果表明:《公路桥梁抗撞设计规范》与《公路桥涵设计通用规范》、美国《公路桥梁船撞设计指南》计算结果相差很小,考虑到该计算公式的经验统计性质,这种差别可以忽略不计。

甲板室撞击力

理解这个力,我特地找了轮船的结构示意图,理解起来就轻松很多了。

轮船示意图.jpg

1.美国AASHTO

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我就小偷懒一把,直接上图了。相信大家也都能直接看明白,它就是在前述静力碰撞荷载的基础上乘以一个折减系数,这个折减系数是按照100000DWT轮船为分界点的一个分段函数。


2.《公路桥梁抗撞设计规范》

image.png

也是在基准的静力荷载基础上乘以一个折减系数,这个折减系数使用起来更加方便。

对比结果
Compare the Results

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结果表明:《公路桥梁抗撞设计规范》给出的船舶撞击力明显高于美国《公路桥梁船撞设计指南》计算结果。船舶甲板室撞击力与甲板室的结构尺寸、强度及其与桥梁结构碰撞的位置有关,有限元计算结果比较离散,我国这次规范根据数值模拟结果,对甲板室撞击桥梁上部结构的力进行了调整。

船桅撞击力

船桅撞击桥梁的事故照片没有找到,大家见谅,祝大家一帆风顺!

一帆风顺.jpg

1.美国AASHTO

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在甲板室撞击荷载的基础上乘以0.10的折减系数即可。


2.《公路桥梁抗撞设计规范》

image.png image.png

我国规范取0.133倍的甲板室撞击荷载。

对比结果
Compare the Results

image.png
船桅撞击力计算对比结果

结果表明:美国《公路桥梁船撞设计指南》计算结果明显偏小

驳船撞击力

timgOF9DOZGZ.gif


1.美国AASHTO

image.png

驳船荷载和驳船宽度与撞击损坏深度有关,公式优点繁琐。


2.《公路桥梁抗撞设计规范》

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我国规范根据7艏代表性的驳船50DWT~3000DWT的撞击动态时间过程,经过数理统计得到的。

对比结果
Compare the Results

image.png
驳船撞击速度3m/s

结果表明:《公路桥梁抗撞设计规范》除了3000吨级外均小于美国《公路桥梁船撞设计指南》计算结果,均大于《公路桥涵设计通用规范》给出的结果。


参考资料

Reference Data

[1]《公路桥梁抗撞设计规范》(JTG/T3360-02-2020)

[2] AASHTO相关章节;

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  • 中冶北方张先生

    这是由钢结构绘图员里面最懂软件的人开发钢结构详图绘制软件。软件各种通用功能、专业构件出图模块会让你更惊讶无比!

    2020-12-13 19:19:13

    回复 举报
    赞同0
这个家伙什么也没有留下。。。

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