跨海大橋深水樁基礎(chǔ)防船撞能力及安全評(píng)估研究.pdf

1、近二十年來(lái)我國(guó)修建了近百座的跨江、跨海大橋,許多都是舉世矚目的超級(jí)工程,但船撞橋而引發(fā)重大人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失的事件時(shí)常發(fā)生,說(shuō)明在通航水域橋梁的防撞設(shè)計(jì)和防撞措施上還存在不足。我國(guó)橋梁防撞研究起步晚,早期重視程度不夠,防撞設(shè)計(jì)理論及計(jì)算多依賴國(guó)外的研究成果,這和我國(guó)橋梁總體建設(shè)水平極不相稱。本文結(jié)合平潭海峽大橋工程,基于現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)、數(shù)值分析及理論分析的方法,研究跨海大橋深水樁基礎(chǔ)的防船撞能力,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行船撞橋風(fēng)險(xiǎn)概率的安全評(píng)估,提

2、出跨海大橋深水樁基礎(chǔ)選用的防撞類型,及其防撞設(shè)施設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)。本文主要成果體現(xiàn)在:
　　1.結(jié)合平潭大橋開展船舶撞擊橋梁基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn),驗(yàn)證船撞橋梁數(shù)值仿真分析所采用的計(jì)算參數(shù)準(zhǔn)確性和數(shù)值仿真計(jì)算方法的合理性?，F(xiàn)場(chǎng)模擬碰撞試驗(yàn)結(jié)果表明:橋墩在環(huán)境激勵(lì)下的自振頻率與有限元模擬計(jì)算得到的自振頻率比較接近,振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的加速度或速度的數(shù)據(jù)曲線與數(shù)值模擬計(jì)算得到的數(shù)據(jù)曲線呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性,但二者曲線總體趨勢(shì)一致。試驗(yàn)驗(yàn)證了防撞鋼

3、套箱以及船用鋼材采用各向同性應(yīng)變率相關(guān)的塑性模型中相關(guān)本構(gòu)關(guān)系及相關(guān)的計(jì)算參數(shù)的合理性,為船橋碰撞有限元模擬提供了試驗(yàn)依據(jù)。
　　2.對(duì)船舶撞擊橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,結(jié)果表明:船橋碰撞最不利計(jì)算工況是最低通航水位下正撞時(shí)的工況,此時(shí)樁基礎(chǔ)的樁基彎矩最大。與無(wú)防撞設(shè)施的樁基礎(chǔ)相比,有防撞設(shè)施的樁基礎(chǔ)受船撞后最大撞擊力、承臺(tái)水平位移及樁基最大彎矩、最大拉應(yīng)力明顯減小,且船舶撞擊深度亦明顯減小。
　　3.建立了船撞作用下的群

4、樁基礎(chǔ)力學(xué)模型,提出承臺(tái)受扭轉(zhuǎn)作用時(shí)的單樁樁基內(nèi)力計(jì)算方法。
　　4.采用經(jīng)驗(yàn)公式法、有限元法及動(dòng)力模擬法對(duì)船撞力進(jìn)行了計(jì)算,運(yùn)用 AASHTO模型對(duì)船撞樁基礎(chǔ)的概率進(jìn)行了計(jì)算,并以此為基礎(chǔ)得出防撞力標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明:動(dòng)力模擬計(jì)算的船撞力最大,其中主通航孔各墩為34.66MN,非通航孔為22.14MN;船撞樁基礎(chǔ)的概率主通航孔各墩為2.187×10-4,非通航孔為0.492×10-4;經(jīng)檢驗(yàn)假定的主通航孔墩設(shè)計(jì)防撞力標(biāo)準(zhǔn)34.5MN