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桥梁船撞安全评估

耿波  
【摘要】: 随着我国跨江河以及海峡海湾大桥的日益增多和船舶运输业的快速发展,桥梁遭受船舶撞击的事故时有发生,轻者桥梁受损,重者桥梁垮塌。而我国规范中关于桥梁船撞设计的思想落后,方法粗糙,难以满足我国桥梁建设日益发展的需要。本文正是在这样的背景下,对桥梁的船撞安全评估展开研究,以建立完善的桥梁船撞安全评估流程和合理的评估方法为目标,在其基本框架体系、关键基础问题和基本评估方法等方面开展了较为系统的研究工作,为桥梁船撞风险水平的明确和桥梁的船撞设计提供支持。本研究主要开展的研究工作如下: (1)在对目前国内外船撞桥研究和风险应用的基础上,将风险的思想引入我国的桥梁船撞安全评估中,建立了桥梁船撞安全评估系统的总体框架,主要包括五个部分:桥梁船撞安全评估数据库、桥梁船撞安全评估模块、桥梁船撞风险准则、主动防撞方案和被动防撞方案,并阐明了它们之间的关系。 (2)针对桥梁船撞安全评估所需的各类纷繁复杂的数据,首次开展了桥梁船撞安全评估数据库的建库工作,明确了数据库的基本功能以及建库内容,初步给出了所包含的七个子库的信息编码与内容。建库内容主要包括桥梁基本信息、桥梁通航信息、通航船舶信息、桥梁自然环境信息、船撞桥事故信息、主动防撞信息和被动防撞信息。 (3)对桥梁船撞概率的计算模型进行了深入研究。在对比分析目前国内外现有模型和深入研究KUNZI模型的基础上,提出了改进的KUNZI模型,解决了KUNZI模型中不能考虑船舶过桥时横向(几何)分布的缺点,该模型也适用于我国目前桥梁船撞资料较为缺乏的状况;对模型中的各类参数进行了敏感性分析,并采用工程实例验证了该模型的合理性;以三峡库区三座跨江大桥为依托,详细说明了该模型中所含模型参数的收集过程,得到了部分模型参数的概率模型,船舶的横向(几何)分布为正态分布,船舶的偏航角为正态分布或极值Ⅰ型分布,并给出了三峡库区模型参数的建议值;并初步探讨了助航措施对桥梁船撞概率的修正系数。 (4)对桥梁遭受船舶撞击后安全状态的概率评估方法进行了研究。引入了结构可靠度的计算理论,通过采用Monte-Carlo方法分别研究船撞力荷载的概率分布、结构响应的概率分布和结构抗力的概率分布,提出了基于结构可靠度计算的桥梁船撞安全状态概率评估方法,并初步给出了桥梁下部结构船撞可靠度计算的简化方法;通过研究,撞击吨位采用均匀分布、撞击速度采用正态分布、撞击角度采用极值Ⅰ型分布时的船撞力服从正态分布,桩土作用采用p-y曲线时非线性结构体系的弯矩和剪力响应服从正态分布,构件截面的屈服抗弯能力和抗剪能力也服从正态分布;并初步探讨了被动防撞系统对船撞力的修正系数。 (5)对桥梁船撞的风险接受准则进行了研究。在对比和研究国内外桥梁船撞相关规范、各行业的风险水平、各类自然灾害的风险水平和我国现有事故的基础上,初步建议了我国个人风险的可接受水平取为1.5×10~(-5),我国社会风险10人死亡的可接受风险水平取为10~4,100人死亡的可接受风险水平约为10~(-6),并提出了环境风险的定性评价思路和最优费用准则的使用方法。在此基础上,提出了我国桥梁船撞倒塌风险的等级评价标准,将桥梁的年倒塌频率大于10~(-3)定为高风险,10~(-3)~5×10~(-5)为中等风险,5×10~(-5)~5×10~(-7)为低风险,小于5×10~(-7)为可忽略风险,并建议了初步的风险处置对策。 (6)工程实例分析。利用本文建立的桥梁船撞安全评估系统,对拟建的南京长江第四大桥和在建的忠县长江大桥进行了桥梁船撞安全评估,说明了该系统的具体评估方法,为桥梁船撞安全评估系统在实际工程中的应用和进一步发展提供参考。 最后,对桥梁船撞安全评估的研究进行了展望,对其中尚需进一步研究的内容进行了总结。


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