资源描述
桥名：桥名：瑞典哥德堡群岛阿尔摩桥瑞典哥德堡群岛阿尔摩桥时间：时间：1980年年1月月船舶：船舶：数千吨的荷兰货轮数千吨的荷兰货轮原因原因：雾和冰：雾和冰后果：后果：钢管拱倒塌，落在货轮上，死亡十余人钢管拱倒塌，落在货轮上，死亡十余人桥名：桥名：美国亚拉巴马州的美国亚拉巴马州的CSX铁路大桥铁路大桥时间：时间：1993年年船舶：船舶：拖驳船队拖驳船队原因原因：大雾大雾导致航行失误导致航行失误后果：后果：桥梁巨大位移桥梁巨大位移，几分钟后，一列旅客列车从桥上驶过，大桥坍塌，列车出轨，几分钟后，一列旅客列车从桥上驶过，大桥坍塌，列车出轨，47人丧生人丧生第1页/共47页桥名：桥名：美国俄克拉荷马州阿肯色河公路桥美国俄克拉荷马州阿肯色河公路桥时间：时间： 2002年年5月月26日日船舶：船舶：拖轮拖轮原因原因：船长突发疾病船长突发疾病后果：后果：桥坍塌，桥坍塌，9 辆汽车坠河，辆汽车坠河，17 人死亡人死亡桥名：桥名：丹麦大贝尔特西桥丹麦大贝尔特西桥时间：时间： 2005年年3月月3日日船舶：船舶： 3120吨集装箱货轮吨集装箱货轮原因原因：船长判断错误：船长判断错误后果：后果： 梁底严重擦痕，船舶严重破坏，驾驶人员丧生梁底严重擦痕，船舶严重破坏，驾驶人员丧生第2页/共47页桥名：桥名：江苏省江都市樊川镇东汇大桥江苏省江都市樊川镇东汇大桥时间：时间： 2004年年5月月26日夜日夜船舶：船舶：铁驳船队铁驳船队原因原因：操船失误：操船失误后果：后果：上部桥面坍落并压住了肇事驳船上部桥面坍落并压住了肇事驳船桥名：桥名：杭州湾大桥杭州湾大桥（通车前）（通车前）时间：时间： 2006年年8月月11日日12时时船舶：船舶：货轮货轮BITUMAN EXPRESS 原因原因：走锚失控走锚失控后果：后果：大桥大桥多处局部破损，多处局部破损，货轮的驾驶台及其桅杆卡在梁下。经济损失高达货轮的驾驶台及其桅杆卡在梁下。经济损失高达1000万元。万元。第3页/共47页桥名：桥名：广东九江大桥广东九江大桥时间：时间：2007年年6月月15日日5时时15分分船舶：船舶：砂船砂船“南桂机南桂机035”原因原因：浓雾浓雾，违规，误航，违规，误航后果：后果：三个桥墩倒塌，桥面约三个桥墩倒塌，桥面约200米坍塌，米坍塌，4 辆汽车坠入江中，致使辆汽车坠入江中，致使 9 人死亡人死亡桥名：桥名：浙江宁波金塘大桥浙江宁波金塘大桥时间：时间： 2008年年3月月27日凌晨日凌晨4时时船舶：船舶：浙江台州路桥船务有限公司勤丰浙江台州路桥船务有限公司勤丰128”轮轮原因原因：错误设计航线错误设计航线后果：后果：桥面箱梁塌落，压在桥面箱梁塌落，压在“勤丰勤丰128”轮驾驶台上，轮驾驶台上，4人人死亡死亡第4页/共47页国外严重桥梁船撞事故年度统计中国严重桥梁船撞事故年度统计第5页/共47页不完全统计第6页/共47页2. 桥梁船撞设计规范实践现状与发展趋势项目项目中国公路中国公路中国铁路中国铁路欧洲统一规范欧洲统一规范美国桥梁设计规范美国桥梁设计规范适用范围较窄的内河桥梁（也被用于海峡桥梁）（新建+加固）设计要求下部主要构件不失效下部+上部主要构件不失效设计方法确定性的确定性的+概率性概率性+投资效益分析船撞力计算方法 /公式公式驳船： 公式轮船： 公式塔楼（桅杆）撞击力：修正设防船撞力表格公式表格 + 公式 方法方法I：百分比方法； 方法方法II：目标概率方法；方法方法III：投资效益分析方法。设计计算方法静力方法静力方法 + 动力法动力法静力方法总体评价 单一性能要求 静力设计理论 船撞力过于简化 不考虑撞击的动力效应 单一性能要求 静力设计理论 船撞力过于简化 不考虑撞击的动力效应 动力荷载提供概念，但 缺乏可靠的细节 单一性能要求 静力设计理论 船撞力过于简化不考虑撞击的动力效应 引入风险分析方法 方法III实际可操作性不强第7页/共47页u20年来深刻变化u基于性能设计理论u基本轮廓已逐渐明晰第8页/共47页基于性能设计的主要特征1. 可行性和效用评价：社会影响，政策和法律问题，可持续性，全寿命期费用及投资2. 概念设计和施工规划，施工、检测、养护可行性和影响研究，以及按合同交货选项评价3. 区域和工程场地研究、地质调查及需求分析4. 与业主制定性能准则，提出适用的指南、标准、规范及过去的经验，并转变为定量的指标5. 初步设计，建立寿命期性能多目标优化约束函数；包括施工可行性、安全、检查和维护等6. 进行性能和初步设计可靠性评价，选择最佳方案，同行专家确认，求得该设计阶段最好解7. 施工图设计和施工过程设计，落实合同执行方法8. 采用直观推断、分析、试验、基于保证书及相互组合的方式进行设计检验9. 综合机械、电力和通信系统进行制造及架设施工10. 上述过程归档；基于健康监测原理启动寿命期检测和维护程序；设计、施工者参与11. 利用健康监测程序的优点综合运营和维护管理12. 修复、更新或退役；废物利用和再循环的回报第9页/共47页发展基于性能设计理论与规范的必要性 (中交院+大连理工) 标准是为了在一定的范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用的和重复使用的一种规范性文件，在一定程度上代表着一个国家经济与科技的发展水平。 国家之间的关税壁垒逐步打破，技术标准已不是传统层面上的技术文件，而逐步成为主导国际贸易和控制国际市场的一张王牌。在这种背景下，发达国家不惜投入相当的人力和财力进行技术战略研究，强化标准的制定，并积极参与国际标准的制定，以在国际竞争中取得主动地位。 在工程建设领域，获得国际建筑市场的一个重要方面是与国际标准和规范接轨，提高国内设计标准和规范的国际认可度。由于世界各国经济、文化的多元化，世界各国技术标准存在矛盾和差异不可避免，与国际标准和规范接轨不是规范、条文、设计公式的类同，而是设计理论的协调。在这种条件下，就必须对结构设计标准和规范的基础问题和外在环境进行深入的调查，跟踪国际、国外相关标准和规范的发展趋势。 第10页/共47页桥梁船撞性态设计主要技术方面1.桥梁船撞设防水准、性能等级和性能目标2.桥梁船撞危险性分析3.桥梁船撞易损性分析4. 桥梁船撞危害性分析5.桥梁船撞性能设计理论实现的技术途径第11页/共47页3.桥梁船撞设防水准、性能等级和性能目标3.1 航道桥梁承担的社会功能分类AASHTO公路桥梁船撞设计指南: 重要桥梁和一般桥梁。原则有二：（1）桥梁是否连接了社会安全和应急救援设施或组织，如民防、警察、消防部门及公共卫生机构等。能为这些应急结构提供关键运输路线的桥梁划分为重要桥梁；（2）是否在战略公路网中处于关键连接点位置，作为关键连接的桥梁划分为重要桥梁。建筑工程抗震设防分类标准 : 四个类别特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生 灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致 大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。第12页/共47页公路桥梁抗震设计细则：四类A类：指单跨跨径超过150m 的特大桥；B类：指除A 类以外的高速公路和一级公路上的桥梁及二级公路上的大桥、特大桥等；C类：指A 类、B 类、D 类以外的公路桥梁D类：指位于三、四级公路上的中桥、小桥。桥梁船撞重要性分类（建议）：综合考虑以上关于桥梁功能分类的现有成果，建议在桥梁的船撞设计时将桥梁承担的社会功能划分为三个类别： I类：为社会安全机构、消防结构、公共卫生机构、应急救援结构等应对紧急情况提供关键运输路线的桥梁；连接国家级枢纽交通和通信设施、资源和能源供应基地的桥梁；连接重要军事设施的桥梁。II类：除I类、III类以外的桥梁；III类：承担的车辆和人员交通量稀少且周围无关键安全和社会功能节点需要通过其进行连接的省级以下地区性桥梁。 第13页/共47页3.2 航道桥梁船撞设防水准桥梁船撞设防水准(Vessel Collision Hazard Level)是指在桥梁船撞设防中根据客观的船撞风险环境和既定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件确定船舶撞击的强烈程度，可以是设计代表船舶、也可以是设防船撞力。 在桥梁船撞方面，国内外相关的研究几乎是空白，但在抗震领域则有较多的研究成果 。第14页/共47页根据抗震领域在设防水准方面的研究成果，同时考虑到后续确定的桥梁船撞设防标准易于理解和不产生困扰，建议根据船舶撞击桥梁事件的重现期将桥梁船撞设防水准划分为四个等级第15页/共47页根据抗震领域在设防水准方面的研究成果，同时考虑到后续确定的桥梁船撞设防标准易于理解和不产生困扰，建议根据船舶撞击桥梁事件的重现期将桥梁船撞设防水准划分为三个等级第16页/共47页3.3 桥梁船撞性能水平划分第17页/共47页第18页/共47页参考地震工程领域中结构抗震性能等级划分的研究成果，建议桥梁在遭受船舶撞击后的使用功能状态划分为四个等级第19页/共47页第20页/共47页基础整体抗撞能力第21页/共47页3.4 桥梁船撞性能目标第22页/共47页第23页/共47页 参考地震工程领域中性能目标的研究成果，建议桥梁船撞设计的性能目标如下：第24页/共47页4.概率船撞危险性分析 在桥梁船撞方面，概率分析的方法已经得到了较多的应用，除了一些研究文献外，美国的公路桥梁船撞设计指南等采用了一种经验概率方法来确定桥梁的设防船舶撞击力。但是从目前的现状来看，桥梁船撞风险分析中概率方法的应用还是比较初步的。4.1 概率船撞危险性分析的概念 概率地震危险性分析（probabilistic seismic hazard analysis） 桥梁遭受船舶撞击是小概率事件，这一点与地震相似 桥梁船撞概率船撞危险性分析的定义是对特定桥梁（方案或既有桥梁）确定其在未来一定设计基准期内船舶撞击(代表船舶或撞击力)超过某一给定值的概率方法。第25页/共47页4.2 碰撞场景事故分类 国际航海协会常务会议PIANC ： 事故原因中约70%是人为失误，20%是机械故障，10%是恶劣的自然环境第26页/共47页综合已有研究成果，并考虑到桥梁船撞危险性分析方法工程应用的实用性人为失误机械失效走锚桥梁船撞危险性分析中碰撞场景的分类第27页/共47页桥梁船撞危险性分析中的影响因素（修正系数）第28页/共47页4.3 桥梁船撞危险性综合概率分析模型与术语第29页/共47页术语的定义误航船舶：没有按预定航道航行的船舶，包括偏航船舶、动力失效船舶和走锚船舶三个子类。偏航船舶：船舶的动力、舵和电子导航系统功能好正常，船舶航态可以得到有效的控制。船舶因人为失误发生误航的船舶。动力失效船舶：动力失效的船舶或拖行过程中发生断缆的船舶。在初始惯性、水流和风的作用下发生无动力漂流。走锚船舶：锚地中的船舶发生走锚，在水流、风的作用下发生无动力漂流。危险水域：指船舶误航后可能撞击桥梁的水域。危险性水域定义了桥梁船撞危险性分析需要考虑的水域范围。可达水域：在危险水域范围内，由河道水深和船舶吃水决定的船舶可以到达的水域。近场水域：指船舶误航时处于尚未进入按正常航道按正常航线航行的过渡航行状态水域。远场水域：指近场水域效应可以忽略的水域。遮挡水域：指危险水域中可以遮挡误航船舶，避免撞击桥梁事件发生的水域。当危险水域中存浅滩或暗礁等时，误航船舶受其遮挡而搁浅，起到了被动降低船舶撞击桥梁风险的作用。 第30页/共47页abrroamrestclclclclPPPP,11nmabrabrabrabrclijijijij clijPNPMP,11nmroamroamroamroamclijijijij clijPNPMP,11nmrestrestrestrestrestclijijijij clijPNPMP4.4 基本公式详细计算见本论文集和研究报告第31页/共47页5 桥梁船撞易损性分析5.1 船撞易损性概念桥梁船撞易损性分析需要解决以下两个关键问题： 船舶作用的表达方式与反应的计算方法； 桥梁船撞失效概率的计算方法。第32页/共47页5.2 桥梁船撞反应计算方法满足性能设计要求的桥梁船撞反应计算方法： 等效静力方法 简化强迫振动方法 简化碰撞方法 碰撞有限元数值模拟方法第33页/共47页5.3 获得简化动力作用参数的技术途径第34页/共47页5.4 失效概率的实用计算方法单一极限状态 一次二阶矩方法 二次二阶矩方法 Monte Carlo方法多极限状态 一般界限法 Ditlevsen界限法 概率网络估算（PENT）法 Monte Carlo方法矩法（推荐）: 单一极限状态 多极限状态对于随机变量为有界情况也很有前途第35页/共47页6 桥梁船撞危害性分析第36页/共47页困难：定量+定性ISO 2394 建议的寿命期造价函数为：一个相对具体的表达为：第37页/共47页力求简单明了，避免无法实现各项的具体估算方法，见提交给西部中心的研究报告6第38页/共47页7 桥梁船撞性能设计流程（实现的技术途径）7.1 确定性方法第39页/共47页7.2半概率方法第40页/共47页7.2半概率方法第41页/共47页7.3全概率方法第42页/共47页7.4 全寿命成本（LCCA）分析方法第43页/共47页严格的约束优化：放松约束的优化：第44页/共47页8 结束语 基于性能设计理论是下一代规范的发展方向； 设计理论与国际接轨可以增强我国建筑企业在国际建筑市场竞争力； 试图建立桥梁船撞性态设计的一个初步框架； 本文给出了实现桥梁船撞性态设计的技术途径，考虑到与现有设计方 法的衔接与过渡仅是一个初步结果，存在很多问题，需要不断的研究和改进第45页/共47页第46页/共47页感谢您的观看。第47页/共47页
展开阅读全文