[發明專利]一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法

在審

• 申請號: 202210636639.3
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN115146345A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 張景峰;荀非帆;冀豪豪;吳俊霖;荊一帆;杜威;馮亮;張智超;仝朝康
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 東莞市卓易專利代理事務所(普通合伙) 44777
• 代理人: 楊國鋒

1.一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法：包括基于等效靜力法的橋梁船撞抗力計算和設防船型確定方法、基于增量動力法的橋梁船撞設防船型確定方法、以及與上述方法相匹配的計算數據自動化處理方法。

2.根據權利要求1所述的一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法，其特征在于：對于中小跨徑橋梁的船撞性能分析及大跨度橋梁的船撞性能分析初步階段，采用基于等效靜力單位荷載法的橋梁船撞抗力計算方法，并根據計算得到的橋梁船撞抗力反推得到設防船型。包括以下步驟：

步驟1：根據設計資料建立全橋結構桿系模型。采用離散土彈簧考慮基礎與土體的相關作用，土彈簧剛度采用“m”法或者“p-y”曲線法計算；

步驟2：對模型施加正常使用荷載，并按照規范進行荷載組合，提取得到正常使用荷載組合下各個單元的截面內力值(軸力N、彎矩M和剪力Q)；

步驟3：依據建立模型所劃分的單元，基于彎矩-曲率法和經驗公式法分別進行各單元截面抗彎、抗剪等抗力計算；

步驟4：對模型施加單位碰撞荷載，獲得單位碰撞力下的各個單元的截面內力值(彎矩M’和剪力Q’)；

步驟5：基于等效靜力單位荷載法，遍歷所有下部結構單元計算各單元的截面抗力系數；

步驟6：各涉水墩取最小截面抗力系數乘以單位船撞力，即可得到對應橋墩船撞抗力，以及所對應破壞模式；

步驟7：根據橋梁抗撞支座性能驗算要求，代入步驟6所求得船撞抗力對橋墩支座進行驗算；

步驟8：若支座性能驗算滿足要求，則以步驟6所求得船撞抗力反推設防船型；若支座驗算不滿足要求，則修改船撞抗力重復步驟7進行迭代分析，直至滿足支座性能驗算，最終以該船撞抗力反推得到設防船型。

3.根據權利要求1所述的一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法，其特征在于：對于大跨徑橋梁，首先采用基于等效靜力的船撞抗力計算方法，初步確定橋梁船撞抗力和設防船型，然后在此基礎上進行增量動力分析，得到基于動力分析的船舶碰撞荷載時程以及相應的設防船型，包括以下步驟：

步驟1：對于大跨度橋梁或者安全等級較高的橋梁，根據權利要求2中的方法初步計算出橋梁船撞抗力和設防船型；

步驟2：通過規范或者碰撞動力分析，得到初步設防船型的特征碰撞荷載時程；

步驟3：進行時程動力分析，提取得到關鍵截面所對應的內力極值；

步驟4：將關鍵截面內力極值與截面抗力對比：

若關鍵截面內力極值≈截面抗力(相差5％以內)，則可以認為初步設防船型即為實際設防船型；

若關鍵截面內力極值＞截面抗力，表明實際設防船型＜初步設防船型，以初步設防船型為基準，減小船舶噸位，并重復權利要求3中的步驟2～步驟4，直至關鍵截面內力極值≈截面抗力(相差5％以內)，則可以認為減小噸位后的船型即為實際設防船型；

若關鍵截面內力極值＜截面抗力，表明實際設防船型＞初步設防船型，以初步設防船型為基準，增大船舶噸位，并重復權利要求3中的步驟2～步驟4，直至關鍵截面內力極值≈截面抗力(相差5％以內)，則可以認為減小噸位后的船型即為實際設防船型；

步驟5：將最終得到的設防船型所對應的等效靜力荷載施加于結構上，進行支座性能驗算。若滿足則計算終止，不滿足則進行迭代，重復步驟2～步驟5確定最終的船撞抗力大小，并反推得到設防船型。

4.根據權利要求1所述的一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法，其特征在于：為了滿足等效靜力和增量動力分析中，下部結構離散單元的內力和抗力存儲、船撞抗力快速計算以及橋墩破壞模式的確定。對于各個涉水橋墩墩身和樁基全體離散單元計算數據以向量形式存儲，以等效靜力單位荷載算法為核心進行編程，求解得到全體離散單元的船撞抗力系數向量{a_ij}，程序自動遍歷抗力系數向量，讀取最小抗力系數及其對應的單元號和控制模式，輸出各個橋墩的船撞抗力及對應破壞模式。