[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

本發明公開了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船撞抗力和設防船型確定方法、基于增量動力法的設防船型確定方法以及在計算過程中所使用的數據自動化處理存儲方法。所述基于等效靜力法船撞抗力和設防船型確定方法核心是基于單位荷載法的橋梁船撞抗力計算；增量動力法是不斷調整船舶噸位迭代求解得到設防船型；同時為準確高效實現這一靜動力相結合的方法，采用了自動化的數據提取、存儲和處理方法。本發明可解決目前橋墩抵抗船舶撞擊能力表征不清、橋梁設防船舶類型確定無規范流程、相關求解過程繁瑣等問題，為橋梁抗船撞設計、船撞風險評估工作提供一種快速計算方法和科學參考。

技術領域

本發明涉及涉及橋梁抗船撞設計、橋梁船撞風險評估等領域，主要涉及一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法。

背景技術

我國大量跨越江河海灣橋梁建成或處于規劃建設中，中小跨徑和大跨徑橋梁數量迅速增多以及大量老橋的存在使得橋梁結構與水上船舶之間的矛盾逐漸凸顯。但在橋梁抗撞性能評估中，橋梁船撞抗力的計算靠迭代試算，計算效率較低；在《公路橋梁抗撞設計規范》中，設防船型的確定基于靜力概念，忽略了船舶撞擊大跨度橋梁時顯著動力效應對于結構安全性的影響，與實際要求存在偏差。

船舶撞擊嚴重危害到生命財產安全，對于中小跨徑橋梁，基于等效靜力的單位荷載法再加以編程軟件自動化程序輔助，快速準確的計算出各涉水墩的船撞抗力和相應破壞控制模式，解決目前橋墩抵抗船舶撞擊能力表征不清及求解過程繁瑣問題。對于大跨徑橋梁一旦發生嚴重破壞所造成的經濟損失和不良社會效應都是巨大的，針對大跨度橋梁在等效靜力單位荷載法的基礎上同時結合增量動力法確定設防船型，可以快速且相對準確地得到設防船型。

本發明提供了橋梁涉水墩船撞抗力快速計算和橋梁設防船型確定方法，提出具備工程適用性的船撞抗力和設防船型分析理念，基于等效靜力單位荷載法確定橋墩船撞抗力、破壞模式和初步設防船型，再結合增量動力法考慮動力效應確定最終設防船型，以及與上述兩種方法相匹配的程序自動化數據提取、存儲和處理方法，為相關橋梁抗船撞設計和橋梁船撞風險評估提供科學參考。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種靜動力相結合的橋梁船撞抗力及設防船型確定方法，包括以下3點：

I.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，采用基于單位荷載法的橋梁船撞抗力等效靜力計算方法，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、彎矩和剪力)；

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(彎矩和剪力)；

步驟5：基于等效靜力的單位荷載法，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。