船舶撞击下桥梁的全过程损伤机理及损伤评估方法研究

随着我国综合交通运输体系的发展，大型桥梁建设快速发展与船舶水运航道日益繁忙同时并存，这使得船撞桥事故还难以避免，特别对于宽阔水域的非通航孔桥梁，船撞桥是横向作用荷载中的首要风险破坏因素。本项目预期通过对船撞桥的损伤机理进行分析，提出在非通航孔桥梁安装分布式小型在线监测系统，获取船舶撞击下的结构反应，深入研究基于碰撞全过程分析的构件损伤评估方法。计划开展的工作是在船舶撞击桥梁的多元耦合动力系统中，针对撞击过程的非线性动力特征，考虑不同构件间撞击力和能量的传递及耗散规律，来研究桥梁损伤机理并构建损伤评估方法。通过把碰撞中的过程监测与过程识别相结合来完成，更多地从过程测试数据分析中去发现潜在的结构损伤隐患，使损伤识别更具有针对性，以提升技术方法的精确性和快速有效性，从而提高灾后桥梁结构安全评估的可靠性和工程可应用性。

本项目研究按计划开展了研究工作，整合了理论分析、数值仿真、试验研究等多方面的研究力量开展技术攻关和前沿探索，取得了一些重要的研究成果。在研究中也发现了一些过去在船桥碰撞的损伤识别理论和实验研究中没有很好解决的一些理论问题，如考虑水流作用的船桥碰撞数值模拟；撞击力下桩基有效刚度的计算；船舶撞击试验的撞击力真实模拟；撞击力下桥梁支座处的结构中能量的转移；模型实验中材料塑性变形相似性；不同撞击力工况的相关性；损伤识别算法的稳定性等问题。项目研发针对船桥碰撞的动力系统，考虑线性和非线性阶段的撞击力传递，获得了碰撞全过程的测试数据，完成了船桥碰撞的构件损伤机理研究。结合矩阵理论和数据多尺度分析，开展了横向力作用下桥梁的损伤评估方法的研究，取得的研究成果能够对船桥碰撞事故后既有结构的安全性进行有效的评估。现已安排在浙江已开工建设的一座跨海大桥中安装相关测试系统，结合工程施工中独立防撞墩的现场大撞击力试验，来开展进一步的工程验证研究，推广应用本研究成果的。