(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210636639.3 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 长安大学 地址 710000 陕西省西安市雁塔区南 二环 路中段 (72)发明人 张景峰　荀非帆　冀豪豪　吴俊霖　 荆一帆　杜威　冯亮　张智超　 仝朝康　 (74)专利代理 机构 东莞市卓易专利代理事务所 (普通合伙) 44777 专利代理师 杨国锋 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防 船型确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种静动力相结合的桥梁船 撞抗力及设防船型确定方法， 包括基于等效静力 法船撞抗力和设防船型确定方法、 基于增量动力 法的设防船型确定方法以及在计算过程中所使 用的数据自动化处理存储 方法。 所述基于等效静 力法船撞抗力和设防船型确定方法核心是基于 单位荷载法的桥梁船撞抗力计算； 增量动力法是 不断调整船舶吨位迭代求解得到设防船型； 同时 为准确高效实现这一静动力相结合的方法， 采用 了自动化的数据提取、 存储和处理方法。 本发明 可解决目前桥墩抵抗船舶 撞击能力表征不清、 桥 梁设防船舶类型确定无规范流程、 相关求解过程 繁琐等问题， 为桥梁抗船撞设计、 船撞风险评估 工作提供一种快速 计算方法和科 学参考。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115146345 A 2022.10.04 CN 115146345 A 1.一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及 设防船型确定方法： 包括基于等效静力法的桥 梁船撞抗力计算和设 防船型确定方法、 基于增 量动力法的桥梁船撞设 防船型确定方法、 以 及与上述方法相匹配的计算数据自动化处 理方法。 2.根据权利要求1所述的一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防船型确定方法， 其 特征在于： 对于中小跨径桥梁的船撞性能分析及大跨度桥梁的船撞性能分析初步阶段， 采 用基于等效静力单位荷载法的桥梁船撞抗力计算方法， 并根据计算得到的桥梁船撞抗力反 推得到设防船 型。 包括以下步骤： 步骤1： 根据设计资料建立全桥结构杆系 模型。 采用离散土弹簧考虑基础与土体的相关 作用， 土弹簧刚度采用 “m”法或者“p‑y”曲线法计算； 步骤2： 对模型施加正常使用荷载， 并按照规范进行荷载组合， 提取得到正常使用荷载 组合下各个单元的截面内力值(轴力N、 弯 矩M和剪力Q)； 步骤3： 依据建立模型所划分的单元， 基于弯矩 ‑曲率法和经验公式法分别进行各单元 截面抗弯、 抗剪等 抗力计算； 步骤4： 对模型施加单位碰撞荷载， 获得单位碰撞力下的各个单元的截面内力值(弯矩 M’和剪力Q’)； 步骤5： 基于等效静力单位荷载法， 遍历所有下部结构单元计算各单元的截面抗力系 数； 步骤6： 各涉水墩取最小截面抗力系数乘以单位船撞力， 即可得到对应桥墩船撞抗力， 以及所对应破坏模式； 步骤7： 根据桥梁抗撞支座性能验算要求， 代入步骤6所求得船撞抗力对桥墩支座进行 验算； 步骤8： 若支座性能验算满足要求， 则以步骤6所求得船撞抗力反推设防船型； 若支座验 算不满足要求， 则修改船撞抗力重复步骤7进行迭代分析， 直至满足支座性能验算， 最终以 该船撞抗力反推得到设防船 型。 3.根据权利要求1所述的一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防船型确定方法， 其 特征在于： 对于大跨径桥梁， 首先采用基于等效静力的船撞 抗力计算方法， 初步确定桥梁船 撞抗力和设 防船型， 然后在此基础上进行增量动力 分析， 得到基于动力 分析的船舶碰撞荷 载时程以及相应的设防船 型， 包括以下步骤： 步骤1： 对于大跨度桥梁或者安全等级较高的桥梁， 根据权利要求2中的方法初步计算 出桥梁船撞抗力和设防船 型； 步骤2： 通过规范或者碰撞动力分析， 得到初步设防船 型的特征碰撞荷载时程； 步骤3： 进行时程动力分析， 提取 得到关键截面所对应的内力极值； 步骤4： 将关键截面内力极值与截面 抗力对比： 若关键截面内力极值≈截面抗力(相差5％以内)， 则可以认为初步设防船型即为实际 设防船型； 若关键截面内力极值＞截面抗力， 表明实 际设防船型＜初步设防船型， 以初步设防船 型为基准， 减小船舶吨位， 并重复权利要求3中的步骤2～步骤4， 直至关键截面内力极值≈ 截面抗力(相差 5％以内)， 则可以认为减小吨位后的船 型即为实际设防船 型； 若关键截面内力极值＜截面抗力， 表明实 际设防船型＞初步设防船型， 以初步设防船权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115146345 A 2型为基准， 增大船舶吨位， 并重复权利要求3中的步骤2～步骤4， 直至关键截面内力极值≈ 截面抗力(相差 5％以内)， 则可以认为减小吨位后的船 型即为实际设防船 型； 步骤5： 将最终得到的设防船型所对应的等效静力荷载施加于结构上， 进行支座性能验 算。 若满足则计算终止， 不满足则进行迭代， 重复步骤2～步骤5确定最终的船撞抗力大小， 并反推得到设防船 型。 4.根据权利要求1所述的一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防船型确定方法， 其 特征在于： 为了满足等效静力和增量动力分析中， 下部结构 离散单元的内力和抗力存储、 船 撞抗力快速计算以及桥墩破坏模式的确定。 对于各个涉水桥墩墩身和桩基全体离散单元计 算数据以向量形式存储， 以等效静力单位荷载算法为核心进行编程， 求解得到全体离散单 元的船撞抗力系数向量{aij}， 程序自动遍历抗力系数向量， 读取最小抗力系数及其对应的 单元号和控制模式， 输出 各个桥墩的船撞抗力及对应破坏模式。 5.根据权利要求4所述的一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防船型确定方法， 其 特征在于： 将各个涉水桥墩墩身和桩基全体离散单元在正常使用荷载作用组合下的内力存 储到{S0}向量空间中、 在单位 船撞力作用下的内力存储 到{SI}向量空间中， 以及将全 体离散 单元的抗力存储到{R}向量空间中。 其中{S0}向量内部包含离散单元号和内力(轴力N、 弯矩 M和剪力Q)， {SI}向量内部包含离散单元号和内力(弯矩M ’和剪力Q’)， {R}向量内部包含离 散单元号和抗力(抗弯和抗剪承载力)。 计算生成的{aij}向量内部包含离散单元号、 由弯矩 破坏模式控制对应的抗力系数和由剪切破坏模式控制对应的抗力系数。 6.根据权利要求4所述的一种静动力相结合的桥梁船撞抗力及设防船型确定方法， 其 特征在于： 将模型中涉水桥墩每个离散单元的截面抗力相对于单位船撞力效应的富余量均 进行计算， 生成船撞抗力系数向量。 数 学模型表达式如下： 桥墩船撞抗力是由各墩所属离散单元最小船撞抗力系数 决定的， 同时最小船撞抗力系 数对应的控制模式即为破坏模式。 程序算法能够遍历抗力系 数向量空间读取极小值， 输出 各桥墩船撞抗力， 同时锁定对应单 元号及破坏模式。 其数 学模型如下： {Rc}＝Pmin{αij} 其中{Rc}为船撞抗力向量(单位： kN)； P为单位船撞力(单位： kN)； {αij}向量中脚标i为 单元号、 j为破坏模式( “0”代表弯曲破坏， “1”代表剪切破坏)。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115146345 A 3