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電腦端+手機(jī)端+微信端=數(shù)據(jù)同步管理
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文，我們將一起學(xué)習(xí)，使用純 CSS，實(shí)現(xiàn)如下所示的動(dòng)畫效果：
上面的動(dòng)畫效果，非常有意思，核心有兩點(diǎn)：
嗯？很有意思的效果。看上去，我們好像使用 CSS 實(shí)現(xiàn)了碰撞檢測。
然而，實(shí)際情況真的是這樣嗎？讓我們一起一探究竟！
這里其實(shí)我們并沒有實(shí)現(xiàn)碰撞檢測，因?yàn)樾∏蚝托∏蛑g接觸時(shí)，并沒有發(fā)生碰撞效果。
我們只實(shí)現(xiàn)了，小球與邊界之間的碰撞反應(yīng)。不過這里，也并非碰撞檢測，我們只需要設(shè)置好單個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，并且設(shè)置 animation-direction: alternate; 即可！
下面，我們一起來實(shí)現(xiàn)單個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫：
<div></div>div {
position: absolute;
top: 0;
left: 0;
width: 100px;
height: 100px;
border-radius: 50%;
background: #0cf;
animation: horizontal 3s infinite linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
from {
left: 0;
}
to {
left: calc(100vw - 100px);
}
}簡單解讀一下：
這樣，我們就巧妙的實(shí)現(xiàn)了，在視覺上，小球元素移動(dòng)到最右側(cè)邊界時(shí)，回彈的效果：
好，有了上面的鋪墊，我們只需要再如法炮制 Y 軸方向的運(yùn)動(dòng)即可。
利用元素的 top 進(jìn)行 Y 軸方向的運(yùn)動(dòng)：
div {
position: absolute;
top: 0;
left: 0;
width: 100px;
height: 100px;
border-radius: 50%;
background: #0cf;
animation:
horizontal 3s infinite linear alternate,
vertical 3s infinite linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
from {
left: 0;
}
to {
left: calc(100vw - 100px);
}
}
@keyframes vertical {
from {
top: 0;
}
to {
top: calc(100vh - 100px);
}
}我們?cè)黾恿艘粋€(gè) vertical 3s infinite linear alternate Y 軸的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)小球從 top: 0 到 top: calc(100vh - 100px); 的運(yùn)動(dòng)。
這樣，我們就成功的得到了 X、Y 兩個(gè)方向上的小球運(yùn)動(dòng)，它們疊加在一起的效果如下：
當(dāng)然，此時(shí)的問題在于，缺少了隨機(jī)性，小球的始終在左上和右下角之間來回運(yùn)動(dòng)。
為了解決這個(gè)問題，我們需要添加一定的隨機(jī)性，這個(gè)問題也要解決，我們只需要讓兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)間不一致即可。
我們修改一下代碼，讓 X、Y 軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)長不一致即可：
div {
position: absolute;
// ...
animation:
horizontal 2.6s infinite linear alternate,
vertical 1.9s infinite linear alternate;
}如此一來，整體的效果就好上了不少，由于整個(gè)動(dòng)畫是無限反復(fù)進(jìn)行的，隨著時(shí)間的推進(jìn)，整個(gè)動(dòng)畫呈現(xiàn)出來的就是無序、隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)：
當(dāng)然，上面的效果基本上沒有什么太大的問題了，但是代碼層面不夠優(yōu)雅，主要有兩點(diǎn)問題：
上述兩個(gè)問題，使用 transform: translate() 都可以解決，但是我們?yōu)槭裁匆婚_始不用 transform 呢？
我們來嘗試一下，使用 transform 替代 top、left：
div {
position: absolute;
top: 0;
left: 0;
width: 100px;
height: 100px;
border-radius: 50%;
background: #0cf;
animation:
horizontal 2.6s infinite linear alternate,
vertical 1.9s infinite linear alternate;
}
@keyframes horizontal {
from { transform: translateX(0); }
to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
from { transform: translateY(0); }
to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}上述代碼中，我們使用了 transform 替代 top、left 運(yùn)動(dòng)。并且，將動(dòng)畫代碼中的 100px 替換成了 100%，這一點(diǎn)的好處是，在 transform: translate 中，100% 表示的是元素本身的高寬，這樣，當(dāng)我們改變?cè)乇旧淼拇笮r(shí)，就無需再改變 @keyframes 中的代碼，通用性更強(qiáng)。
我們來看看修改后的效果：
有點(diǎn)問題！預(yù)想中的效果并沒有出現(xiàn)，整個(gè)動(dòng)畫只有 Y 軸方向上的動(dòng)畫效果。
這是什么原因呢？
其本質(zhì)在于，定義的 vertical 1.9s infinite linear alternate 的垂直方向的動(dòng)畫效果覆蓋了在其之前定義的 transform: translateX(calc(100vw - 100%)) 動(dòng)畫效果。
說人話就是 X、Y 軸的動(dòng)畫都使用了 transform 屬性，兩者之間造成了沖突。
在之前，這種情況基本是無解的，常見的解決方案就是：
不過，到今天，這個(gè)問題有了更好的解法！也就是 CSS animation 家族中的新屬性 —— animation-composition。
這是一個(gè)非常新的屬性，表示動(dòng)畫合成屬性，從 Chrome 112 版本開始支持。
有三種不同的取值：
{
animation-composition: replace; // 表示動(dòng)畫值替換
animation-composition: add; // 表示動(dòng)畫值追加
animation-composition: accumulate; // 表示動(dòng)畫值累加
}本文不會(huì)詳細(xì)介紹 animation-composition，感興趣的可以看看 MDN 的屬性介紹或者 XBOXYAN 大佬的這篇文章 -- 了解一下全新的CSS動(dòng)畫合成屬性animation-composition
這里，基于上面的代碼，我們只需要再多設(shè)置一個(gè) animation-composition: accumulate 即可解決問題：
div {
animation:
horizontal 2.6s infinite linear alternate,
vertical 1.9s infinite linear alternate;
animation-composition: accumulate;
}此時(shí)，我們就能通過一個(gè)元素，利用 transform 得到 X、Y 兩個(gè)方向位移動(dòng)畫的合成效果，也就是我們想要的效果：
解決了位移動(dòng)畫的問題，我們就只剩下最后一個(gè)問題了，如何在碰撞的瞬間，實(shí)現(xiàn)顏色的切換？
這里也非常好解決，由于我們是知道每一輪 X、Y 方向上的動(dòng)畫時(shí)長的，那我們只需要在每次這個(gè)結(jié)點(diǎn)上，切換一次顏色即可。
并且，由于顏色不是過渡變換，而是直接的跳變，所以，我們需要用到 animation 中的 animation-timing-function: steps()，也就是步驟緩動(dòng)函數(shù)。
舉個(gè)例子，假設(shè) X 方向上，單次的動(dòng)畫時(shí)長為 3s，那我們可以設(shè)置一個(gè) steps(10) 的顏色動(dòng)畫，總時(shí)長為 30s，這樣，每隔 3s 就會(huì)觸發(fā)一次 steps() 步驟動(dòng)畫，顏色的變化就能夠和小球與邊界的碰撞動(dòng)畫發(fā)生在同一時(shí)刻。
那如何快速實(shí)現(xiàn)顏色的變化呢？利用 filter: hue-rotate() 即可快速實(shí)現(xiàn)顏色的變化。
理解一下下面的代碼：
<div class="normal"></div>
<div class="steps"></div>div {
width: 200px;
height: 200px;
background: #fc0;
}
.normal {
animation: colorChange 10s linear infinite;
}
.steps {
animation: colorChange 10s steps(5) infinite;
}
@keyframes colorChange {
100% {
filter: hue-rotate(360deg);
}
}這里，我們用 filter: hue-rotate(360deg) 的改變，實(shí)現(xiàn)顏色的變化，觀察下面的動(dòng)圖，理解 steps(5) 的作用。
效果如下：
理解了這一步，我們就可以把顏色的變化，也一起疊加到上述的小球變化中：
div {
animation:
horizontal 2.6s infinite linear alternate,
vertical 2s infinite linear alternate,
colorX 26s infinite steps(10),
colorY 14s infinite steps(7);
animation-composition: accumulate;
}
@keyframes horizontal {
from { transform: translateX(0); }
to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
from { transform: translateY(0); }
to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}
@keyframes colorX {
to {
filter: hue-rotate(360deg);
}
}
@keyframes colorY {
to {
filter: hue-rotate(360deg);
}
}這樣，我們就成功的得到了題圖中的效果：
完整的代碼，你可以戳這里：Random Circle Path
OK，上面，我們就把整個(gè)效果的完整原理剖析了一遍。
掌握了整個(gè)原理之后，我們就可以把這個(gè)效果應(yīng)用于不同場景中。
譬如，假設(shè)我們有這么一張圖片：
基于上面的效果，稍加改造，我們就可以得到類似的如下效果：
<div></div>div {
width: 220px;
height: 97px;
background: linear-gradient(#f00, #f00), url(https://s1.ax1x.com/2023/08/15/pPQm9oT.jpg);
background-blend-mode: lighten;
background-size: contain;
animation: horizontal 3.7s infinite -1.4s linear alternate,
vertical 4.1s infinite -2.1s linear alternate,
colorX 37s infinite -1.4s steps(10),
colorY 28.7s infinite -2.1s steps(7);
animation-composition: accumulate;
}
@keyframes horizontal {
from { transform: translateX(0); }
to { transform: translateX(calc(100vw - 100%)); }
}
@keyframes vertical {
from { transform: translateY(0); }
to { transform: translateY(calc(100vh - 100%)); }
}
@keyframes colorX {
to {
filter: hue-rotate(2185deg);
}
}
@keyframes colorY {
to {
filter: hue-rotate(1769deg);
}
}效果如下：
上面的 DEMO 是基于元素背景色的，本 DEMO 是基于圖片的，因此這里多了一步，利用 mix-blend-mode，實(shí)現(xiàn)了圖片顏色的變化。
完整的代碼，你可以戳這里：CodePen Demo -- Random DVD Path
OK，我們?cè)龠M(jìn)一步，基于上面的效果，我們可以實(shí)現(xiàn)各種有趣的粒子效果，如果同時(shí)讓頁面存在 1000 個(gè)粒子呢？
下面是我使用 CSS-Doodle 實(shí)現(xiàn)的純 CSS 的粒子效果，其核心原理與上面的保持一致，只是添加了更多的隨機(jī)性：
Amazing！是不是非常有趣，整個(gè)效果的代碼基于 CSS-doodle 的語法，不超過 40 行。完整的代碼，你可以戳這里：CSS Doodle - CSS Particles Animation
總結(jié)一下，本文介紹了如何巧妙的利用 CSS 中的各種高階技巧，組合實(shí)現(xiàn)類似于碰撞場景的動(dòng)畫效果。創(chuàng)建出了非常有趣的 CSS 動(dòng)畫，期間各種技巧的組合運(yùn)用，值得好好琢磨學(xué)習(xí)。
鏈接：https://juejin.cn/post/7269797025863499837
、HTML
布局比較簡單
一個(gè)開始按鈕+一個(gè)內(nèi)含多個(gè)img的div
<input type="button" value="開始運(yùn)動(dòng)" id="btn" />
<div id="div1">
<img src="img/5.png" alt="" style="display:block" />
<img src="img/juzi.jpg" alt="" />
<img src="img/laofuzi.jpg" alt="" />
<img src="img/make.jpg" alt="" />
<img src="img/zhuge.jpg" alt="" />
<img src="img/yangjian.jpg" alt="" />
</div>
二、CSS
div加absolute屬性，因?yàn)樽詈筮\(yùn)動(dòng)的是div；
img絕對(duì)定位，使圖片摞起來，設(shè)置display為none，第一img設(shè)置行內(nèi)樣式為block，保證初始時(shí)div中的內(nèi)容；
#div1 {
width:200px;
height:200px;
position:absolute;
}
#div1 img{
display: none;
width: 200px;
height: 200px;
position: absolute;
left: 0px;
top: 0px;
}
三、script
startMove()函數(shù)，為避免div碰撞后出現(xiàn)閃現(xiàn)滾動(dòng)條，要提前檢測，并將div拉回邊界；
tabImg()函數(shù)，為解決num大于aImg.length的情況，采用了取模；
window.onload=function(){
var oBtn=document.getElementById('btn');
oBtn.onclick=function(){
startMove();
}
}
var iSpeedX=6;
var iSpeedY=8;
var num=0;
function startMove(){
setInterval(function (){
var oDiv=document.getElementById('div1');
var l=oDiv.offsetLeft+iSpeedX;
var t=oDiv.offsetTop+iSpeedY;
if(t>=document.documentElement.clientHeight-oDiv.offsetHeight){
iSpeedY*=-1;
t=document.documentElement.clientHeight-oDiv.offsetHeight;
num++;
tabImg(num);
}
else if(t<=0){
iSpeedY*=-1;
t=0;
num++;
tabImg(num);
}
if(l>=document.documentElement.clientWidth-oDiv.offsetWidth)
{
iSpeedX*=-1;
l=document.documentElement.clientWidth-oDiv.offsetWidth;
num++;
tabImg(num);
}
else if(l<=0)
{
iSpeedX*=-1;
l=0;
num++;
tabImg(num);
}
oDiv.style.left=l+'px';
oDiv.style.top=t+'px';
}, 30);
}
function tabImg(num){
var oDiv=document.getElementById('div1');
var aImg=oDiv.getElementsByTagName('img');
for (var i = 0; i < aImg.length; i++) {
aImg[i].style.display='none';
}
aImg[num%aImg.length].style.display='block';
}
四、最終效果
點(diǎn)擊開始運(yùn)動(dòng)，圖片運(yùn)動(dòng)，每次碰撞后圖片切換；
多次點(diǎn)擊開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)會(huì)疊加加快，因?yàn)闆]有清空定時(shí)器，大家可以定義一個(gè)定時(shí)器，在startMove()函數(shù)一開始先清空老的定時(shí)器，在設(shè)置新的定時(shí)器，本問為設(shè)置；
言
在橋梁發(fā)展史上，先進(jìn)技術(shù)和理論的出現(xiàn)會(huì)推動(dòng)橋梁工程的發(fā)展，而在橋梁毀壞事件中能積極探究致災(zāi)機(jī)理、尋求解決辦法，則對(duì)橋梁相關(guān)技術(shù)改進(jìn)、“橋梁人”的成長也有著巨大的正面意義。“橋梁撞擊”不僅與橋梁抗風(fēng)、抗震一樣是國內(nèi)外既有和在建橋梁長期面臨的問題，也是近些年逐漸興旺的一個(gè)具有交叉性、綜合性、實(shí)用性的學(xué)科方向。對(duì)橋梁撞擊和防控問題的研究符合國家發(fā)展需求，也是國內(nèi)外學(xué)者近年來的關(guān)注熱點(diǎn)。2011年作者曾聽過一場《地震本不該是災(zāi)害》的主題報(bào)告，也一直在思考“橋梁撞擊本不該是事故”：一方面將橋梁抗震相關(guān)理念（如基于性能的設(shè)計(jì)）在橋梁撞擊及防護(hù)領(lǐng)域進(jìn)一步推廣和完善，是作者所倡導(dǎo)的；另一方面“橋梁撞擊不再是事故”，可理解為解決橋梁撞擊問題的一個(gè)最終目標(biāo)。但這個(gè)目標(biāo)顯然需要橋梁撞擊領(lǐng)域同仁一塊去給出答案，作者也期望能在這方面出一份綿薄之力，于是欣然提筆，開始了本期內(nèi)容的撰寫工作。全球?qū)W者對(duì)橋梁撞擊的研究從未停歇，掌握橋梁撞擊發(fā)生機(jī)理和影響規(guī)律，具備橋梁防撞的理念、知識(shí)和方法，遇到該類問題能夠從容應(yīng)對(duì)是達(dá)到“橋撞不再是事故”的前提。2020年國內(nèi)外學(xué)者對(duì)橋梁撞擊及防護(hù)問題的研究取得了長足的進(jìn)步。繼“橋梁撞擊問題2019年研究進(jìn)展”之后，作者嘗試對(duì)近一年橋梁船撞、落石沖擊和車撞橋梁等方面的新進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，并展望撞擊災(zāi)變和防控的研究趨勢。期待借此拋磚引玉，為該方向的同仁提供些許信息，共同致力于橋梁防撞理論的研究與實(shí)踐。文獻(xiàn)來源：通過Web of Science、Elsevier ScienceDirect、CNKI和萬方中國學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行檢索，主要來自《Engineering Structures》、《Journal of Constructional Steel Research》、《Engineering Failure Analysis》、《Journal of Bridge Engineering》、《Journal of Structural Engineering》、《Thin-Walled Structures》、《Ocean Engineering》、《Structural and Multidisciplinary Optimization》、《Structure and Infrastructure Engineering》、《Archives of Computational Methods in Engineering》、《中國公路學(xué)報(bào)》、《防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》、《鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》、《橋梁建設(shè)》等中外學(xué)術(shù)期刊。限于水平與時(shí)間精力有限，本文文獻(xiàn)收集有可能掛一漏萬，有疏漏或不妥之處，敬請(qǐng)讀者指正。依據(jù)所查橋梁撞擊文獻(xiàn)，大體分為三大類：橋梁船撞、崩塌落石沖擊（本文不涉及泥石流對(duì)橋梁的撞擊研究，將有另文報(bào)道）和車撞等，以下對(duì)此進(jìn)行簡要介紹。
PART-1
船橋碰撞
與地震或風(fēng)荷載一樣，船只對(duì)橋梁的沖擊不僅可能造成災(zāi)難性后果，而且還可能導(dǎo)致人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。2020年國內(nèi)發(fā)生多起采砂船撞擊橋梁事件：2020年3月19日在G72泉南高速全州往湖南方向K973+615（湘江大橋處）發(fā)生一起挖沙船撞橋事件；2020年7月7日，江西鄱陽縣太陽埠大橋水域發(fā)生運(yùn)砂貨船撞擊橋梁事件，致橋面坍塌，壓迫貨船傾斜沉沒；2020年7月11日，贛江吉安段一艘重約40噸的采砂船不慎脫錨，頭尾分別與白鷺洲拱橋橋墩相撞。另外，近些年改裝船只非法采砂問題不但破壞了河流生態(tài)環(huán)境，還嚴(yán)重影響了航道、堤防和橋梁安全。據(jù)報(bào)道，2020年僅蕪湖市抓獲非法采砂船和非法運(yùn)砂船就達(dá)200余艘。公安部也曾部署開展打擊長江流域黑惡勢力非法采砂違法犯罪專項(xiàng)行動(dòng)[1]。船橋碰撞事故的頻繁發(fā)生，造成了重大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)該問題，下面對(duì)2020年船橋碰撞方面的科學(xué)研究進(jìn)展做一下梳理，尋找解決對(duì)策。
1.1 在橋梁船撞規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)方面：2020年中華人民共和國交通運(yùn)輸部發(fā)布了《公路橋梁抗撞設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3360-02-2020），明確提出公路橋梁主體結(jié)構(gòu)宜采用基于性能的抗撞設(shè)計(jì)方法，并給出兩個(gè)作用水準(zhǔn)。這兩個(gè)水準(zhǔn)的失效概率主要參考了美國《公路橋梁船撞設(shè)計(jì)指南》。其中橋梁的船撞重要性等級(jí)、橋梁的抗船撞設(shè)防目標(biāo)、橋梁結(jié)構(gòu)的抗船撞性能等級(jí)和橋梁構(gòu)件的抗船撞性能等級(jí)這四個(gè)表格構(gòu)成了基于性能抗撞設(shè)計(jì)的目標(biāo)體系，也就是設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)和對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。其中抗船撞性能驗(yàn)算的條款給出了偶然組合需要考慮的作用類型。明確了溫度作用等不參與撞擊組合，是對(duì)現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60）的補(bǔ)充。汽車荷載參與船撞組合時(shí)取其準(zhǔn)永久值。而美國《公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中船撞組合考慮了0.55倍的汽車荷載，與本條規(guī)定類似。同樣，出于簡化工程設(shè)計(jì)的目的，該規(guī)范考慮輪船撞擊橋梁的動(dòng)態(tài)過程時(shí)，以我國8艘代表性輪船（3000~50000DWT）的船撞動(dòng)態(tài)時(shí)間過程為依據(jù)，用一個(gè)等效靜力來近似代替。它還將設(shè)防代表船型簡要?jiǎng)澐譃檩喆婉g船；給出了輪船撞擊力設(shè)計(jì)值、甲板室撞擊力設(shè)計(jì)值、桅桿撞擊力設(shè)計(jì)值和駁船撞擊力設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式。同時(shí)推薦采用概率-風(fēng)險(xiǎn)分析方法確定設(shè)防船撞力[2]。1.2 在橋梁船撞響應(yīng)分析方面：大型船舶撞擊橋梁事故的嚴(yán)重性引起了越來越多的人們的關(guān)注。Zhou等人[3]在對(duì)海洋環(huán)境下不銹鋼混凝土橋墩累積沖擊力的研究中，通過試驗(yàn)驗(yàn)證和相關(guān)規(guī)范的比較分析，建立了考慮橋墩累積沖擊損傷的碰撞力計(jì)算公式。結(jié)果表明，隨著橋墩沖擊損傷的增加，沖擊力逐漸減小，在計(jì)算沖擊力時(shí)必須考慮損傷的影響。如圖1所示，與規(guī)范公式相比，作者所提出的具有損傷因子的碰撞力公式曲線與試驗(yàn)結(jié)果曲線也更吻合，能夠更好地反映不銹鋼混凝土橋墩在碰撞損傷后的沖擊力狀況，具有一定應(yīng)用潛力。
（a）M1-16
（b）M1-20圖1 推導(dǎo)公式、規(guī)范公式和試驗(yàn)結(jié)果的沖擊力比較[3]
Gholipour、張春巍等人[4]探討了某斜拉橋在船舶撞擊作用下的漸進(jìn)損傷特性和破壞模式；建立了一種二自由度的混凝土材料應(yīng)變率效應(yīng)簡化理論模型。根據(jù)橋墩撓度、橋墩吸收的內(nèi)能和橋墩柱的軸向承載能力，提出了三種不同的損傷指標(biāo)，對(duì)橋墩的損傷等級(jí)進(jìn)行了分類；并通過將損傷指數(shù)結(jié)果與船橋碰撞有限元模擬觀測到的漸進(jìn)損傷行為進(jìn)行比較，確定了一種有效的損傷水平評(píng)價(jià)方法。戴志偉、方海等[5]提出了一種考慮墩頂約束作用的船橋碰撞理論模型；綜合橋墩剛度、船舶質(zhì)量及船艏剛度等因素的影響，建立了峰值撞擊力簡化計(jì)算公式。進(jìn)一步分析結(jié)果表明：一定范圍內(nèi)，峰值撞擊力與船艏剛度呈正相關(guān)；頂端約束剛度對(duì)船橋碰撞力具有一定的影響。鄧超[6]通過對(duì)比常用船橋撞擊力經(jīng)典理論公式與ANSYS仿真分析計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)我國公路橋規(guī)計(jì)算的撞擊力值與數(shù)值模擬得出的撞擊力值最為接近。橋梁抗撞擊與防護(hù)的基礎(chǔ)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚較為缺乏[7]。Guo等[8]以浙江省某跨海大橋的非通航跨徑為工程背景，進(jìn)行了模型試驗(yàn)，并建立了由樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、墩、梁體組成的精細(xì)有限元模型，見圖2。作者分析了不同速度沖擊下橋梁的沖擊力大小、各結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和能量分布，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和有限元結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：沖擊力可分為兩個(gè)階段：上升階段和塑性階段。在第一階段，沖擊力突然上升到最大。在第二階段，由于船頭的塑性變形，沖擊力減小。試驗(yàn)中觀察到橫向慣性力引起的梁與墩之間的相對(duì)位移最大達(dá)到8.32mm。在船橋碰撞過程中，船舶由于船艏的變形而吸收了大部分能量，占總能量的80%以上。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，大部分的能量集中在樁基礎(chǔ)和支座的變形上。通過小波分析，發(fā)現(xiàn)被測橋梁結(jié)構(gòu)所吸收的能量主要集中在低頻波段。
(a) 試驗(yàn)裝置
(b)有限元模型圖2 撞擊試驗(yàn)和仿真[3]
橋梁結(jié)構(gòu)在使用時(shí)間內(nèi)可能同時(shí)遭受多種危害。洪水沖刷是橋梁破壞的另一個(gè)主要原因。Guo等人[9]采用顯式非線性動(dòng)力分析方法研究了一座大跨度雙塔斜拉橋在不同基礎(chǔ)沖刷和船舶撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)和結(jié)構(gòu)性能。結(jié)果表明，沖刷對(duì)最大沖擊力的影響較小，但對(duì)碰撞力的時(shí)程曲線影響較大；樁頂彎矩隨沖刷深度的增加而增大，從而導(dǎo)致樁基彎矩破壞。張琛、陳偉[10],[11]也開展了沖刷橋墩-駁船碰撞試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了沖刷和船撞雙重災(zāi)害共同作用下連續(xù)梁橋和斜拉橋的非線性動(dòng)力響應(yīng)研究并給出了加固措施。颶風(fēng)也是可能對(duì)沿海基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞的極端事件之一。關(guān)于駁船碰撞損壞的橋梁對(duì)颶風(fēng)引起的波浪荷載的響應(yīng)，已有文獻(xiàn)中并沒有提供有益的參考。為彌補(bǔ)這一研究空白，Oppong等[12]制定了一個(gè)多災(zāi)害框架，對(duì)駁船碰撞和颶風(fēng)事件下橋梁動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析并對(duì)結(jié)構(gòu)易損性進(jìn)行了全面評(píng)估。通過對(duì)變形模式和破壞模式的深入了解，確定了這兩個(gè)極端事件的累積后果，有助于提高通航航道橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估水平。1.3 在橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面：由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國長江流域存在著大量與河流方向平行的岸邊橋（圖3）。岸邊橋梁的廣泛分布不可避免地增加了船舶與橋梁碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，而其空間分布、涉水狀態(tài)、船舶可達(dá)性等與跨河橋梁不同，因此用跨河橋梁的常規(guī)評(píng)估方法來評(píng)價(jià)岸邊橋梁的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)并不合適。Zhang等人[13]在AASHTO提出的基于概率的船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架的基礎(chǔ)上，提出了一種結(jié)合涉水概率和改進(jìn)的偏航船舶碰撞模型來評(píng)估船舶與岸邊橋梁碰撞風(fēng)險(xiǎn)的新方法，并應(yīng)用于重慶沙濱路岸邊橋的船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的詳細(xì)程序如圖4所示。
圖3 重慶沙濱路岸邊橋[13]
圖4 岸邊橋梁碰撞船舶全概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架[13]
同時(shí)，Zhang在研究岸邊橋梁特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合改進(jìn)的KUNZI模型，將船舶航跡積分區(qū)間擴(kuò)展到船舶到橋墩的橫向距離，將原模型的偏航角θ直接設(shè)置為90°，提出了一種新的岸邊橋梁船舶碰撞概率危險(xiǎn)性分析模型。如圖所示5，改進(jìn)的KUNZI模型包含三個(gè)隨機(jī)參數(shù)，即船舶軌跡分布、偏航角和停泊距離。
圖5 改進(jìn)的KUNZI模型[13]
由此得到船舶在i水位下與岸邊橋碰撞的年概率Pwi計(jì)算公式如下，具體符號(hào)含義見文獻(xiàn)[13]，在此不再贅述。
有通航需求的橋梁具有較高的船舶碰撞危險(xiǎn)性，同時(shí)由于周圍環(huán)境的侵蝕，橋梁也面臨著嚴(yán)重的“老化”危險(xiǎn)。Fan等[14]在考慮腐蝕引起的結(jié)構(gòu)退化的情況下，建立了一種新的鋼筋混凝土橋梁在船舶碰撞下的易損性評(píng)估框架。結(jié)果表明，腐蝕對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在船舶碰撞中的易損性有著重要的影響。由于氯離子腐蝕削弱了橋梁柱的承載能力，每個(gè)損傷水平的失效概率都大大增加。在相同的條件下(例如，船舶質(zhì)量和速度)，在大多數(shù)情況下，當(dāng)撞擊船的動(dòng)能不大時(shí)，駁船撞擊引起的問題占主導(dǎo)地位。然而，當(dāng)動(dòng)能較大且橋梁經(jīng)歷了較長時(shí)間腐蝕劣化的情況下，輪船碰撞導(dǎo)致的失效概率要高于駁船碰撞的失效概率。這主要是因?yàn)轳g船船艏與輪船船艏之間的差異造成了撞擊載荷的顯著差異。
Wang等[15]針對(duì)駁船撞擊下鋼筋混凝土單柱損傷識(shí)別問題提出兩種不同的識(shí)別策略：一種基于實(shí)測柱位移和模態(tài)參數(shù)的直接識(shí)別方法；作為一種替代方法，另一種是基于實(shí)測柱位移來確定沖擊力時(shí)程的間接識(shí)別方法。通過將識(shí)別出的損傷量與用已有的耦合多自由度模型進(jìn)行精確變形分析生成的基準(zhǔn)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，評(píng)估所提出策略的預(yù)測質(zhì)量發(fā)現(xiàn)：前者可以非常合理地量化受損鋼筋混凝土柱的狀態(tài)，而不需要事先提供導(dǎo)致柱損傷的荷載信息。后者在準(zhǔn)確測量柱頂位移的情況下能夠非常準(zhǔn)確地識(shí)別沖擊力的時(shí)程，還能根據(jù)實(shí)測的柱頂位移合理地識(shí)別駁船的質(zhì)量和撞擊速度。劉少康[16]在對(duì)船舶載況、撞擊速度、碰撞角度等影響下的船橋碰撞響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值分析后，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建船橋碰撞力預(yù)測代理模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)船橋碰撞力的快速預(yù)估。宋明康[17]分析了橋梁船撞的破壞模式，確立了橋梁船撞極限狀態(tài)功能函數(shù)，同時(shí)采用基于響應(yīng)面的方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)船撞時(shí)變可靠度進(jìn)行了分析。林志丹[18]結(jié)合三起船橋撞擊事件，基于外觀檢查結(jié)果對(duì)橋梁損傷進(jìn)行了診斷分析，給出了處置措施和改進(jìn)建議。郭健等[20]建立了風(fēng)險(xiǎn)層次評(píng)價(jià)指標(biāo)模型，基于橋區(qū)通航監(jiān)控統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用 AHP 法、熵權(quán)法和模糊數(shù)學(xué)理論，對(duì)朱家尖跨海大橋船舶撞擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)估并給出了風(fēng)險(xiǎn)控制措施。陳兵等人[19]通過水文地質(zhì)資料調(diào)查和實(shí)地勘測后，參照美國AASHTO規(guī)范計(jì)算了牛灣特大橋發(fā)生碰撞事故的概率，并對(duì)比了中、美、歐洲規(guī)范所得的船舶撞擊力，總結(jié)了該橋船撞風(fēng)險(xiǎn)因素。與通航孔相比，非通航孔橋抗撞能力差，一旦發(fā)生船撞，造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡也不容小覷。從經(jīng)濟(jì)、美觀的角度，朱俊羽等人[21]認(rèn)為非通航孔橋防船撞宜采用攔截系統(tǒng)，代表船型為2 000 t級(jí)在船速為2.5 m/s的LS-DYNA撞擊動(dòng)態(tài)數(shù)值算例表明，可以在較短時(shí)間內(nèi)有效攔截船舶。朱俊羽等[22]還對(duì)某航道橋下部結(jié)構(gòu)受船舶撞擊后的安全性能進(jìn)行了評(píng)估，總結(jié)了船撞安全評(píng)估一般流程，出了加固和防撞設(shè)計(jì)方案。在橋梁防船撞及其設(shè)計(jì)方面：對(duì)于重要橋梁或高船撞風(fēng)險(xiǎn)的橋梁，可以考慮外加防護(hù)裝置系統(tǒng)增強(qiáng)橋梁的抗撞擊能力。鋼護(hù)舷作為典型的防護(hù)體系之一，因其耗能能力較大而被廣泛應(yīng)用于船舶碰撞防護(hù)中。初步設(shè)計(jì)階段，由于尚未確定鋼護(hù)舷詳細(xì)的參數(shù)，開發(fā)一種實(shí)用的簡便的方法十分必要。Fan等人[23]提出了一種基于能量的設(shè)計(jì)方法，給出了詳盡的設(shè)計(jì)步驟，用于在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)鋼護(hù)舷進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明，所提出的設(shè)計(jì)方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測鋼擋泥板的壓碎深度和峰值沖擊力。利用所提出的基于能量的設(shè)計(jì)方法，可以進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，作者還指出所提出的簡化方法應(yīng)推廣到偏心撞擊，并繼續(xù)改進(jìn)，以更準(zhǔn)確地預(yù)測船艏粉碎深度。羅強(qiáng)等人[24]設(shè)計(jì)了一種新型鋼－復(fù)合材料組合防撞裝置，通過LS-DYNA數(shù)值仿真分析對(duì)比了有無防撞裝置的橋墩結(jié)構(gòu)響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)帶球艏船舶和駁船撞擊力峰值降幅可達(dá)30%和54.2%。汪銀根[25]以中開虎跳門西江特大橋?yàn)楸尘埃瑢?duì)比了一下中、美、歐等規(guī)范主墩橫橋向船舶撞擊力和幾種常見防撞設(shè)施的優(yōu)劣，推薦采用船舶撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算依據(jù)美國AASHTO 公式、防撞設(shè)施采用橡膠護(hù)舷。Manohar等人[26]提出一種由波紋鋼和預(yù)置骨料纖維混凝土(Preplaced Aggregate Fibre Reinforced Concrete，簡稱PAFRC)組成的新型復(fù)合護(hù)舷結(jié)構(gòu)。采用落錘沖擊試驗(yàn)裝置（圖6）對(duì)多組鋼-PAFRC護(hù)舷試件進(jìn)行了測試，研究了它們的低速?zèng)_擊性能和失效機(jī)理。結(jié)果表明，通過改變波紋板厚度可以有效地減輕沖擊力。鋼纖維的加入提高了復(fù)合護(hù)舷PAFRC頂板的裂紋萌生和抗沖擊性能，而由長纖維組成的PAFRC頂板與短纖維相比有進(jìn)一步的改進(jìn)。還指出了對(duì)高沖擊速度下、不同類型的纖維和混凝土制成的復(fù)合護(hù)舷外板的沖擊響應(yīng)可作為進(jìn)一步研究的方向。
圖6 試驗(yàn)裝置及新型護(hù)舷結(jié)構(gòu)纖維增強(qiáng)示意圖[3]
Shan[27]采用ANSYS/LS-DYNA軟件建立了一種新型鋼-聚氨酯夾芯板加筋橋梁防撞裝置的有限元碰撞系統(tǒng)模型（圖7），計(jì)算了在最不利的正面碰撞條件下箱體和墩柱的沖擊力、船的碰撞深度以及系統(tǒng)各部分所吸收的能量。結(jié)果表明，這種防撞箱能有效地保護(hù)橋墩。當(dāng)發(fā)生正面碰撞時(shí)，能吸收70%以上的碰撞能量，而橋墩只承受沖擊能的10%。在防撞箱的各種部件中，夾層板的外鋼板吸收能量最多，內(nèi)鋼板吸收的能量次之。水平加勁肋設(shè)置對(duì)系統(tǒng)各部分沖擊力、沖擊深度和吸收能的影響大于豎向加勁肋，提高防撞箱剛度的效果也較好。
（a）外部輪廓
（b）內(nèi)部構(gòu)造圖7 防撞箱模型[27]
陳巍等[28]提出了一種新型獨(dú)立式防船撞設(shè)施，即緩沖筒和FRP箱體組成的轉(zhuǎn)筒式防船撞裝置，對(duì)拱橋主拱進(jìn)行保護(hù)，并采用LS-DYNA顯示動(dòng)力分析后對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到較為合理的防撞結(jié)構(gòu)形式。Zhou等[29]以珠海市紅河大跨斜拉橋橋塔為研究背景，提出了一種新型組合超高性能混凝土(UHPC)的防撞裝置，該裝置的主要部件是雙層、雙向、鋼筋密集的超高性能混凝土浮箱，通過高強(qiáng)度螺栓連接形成整個(gè)結(jié)構(gòu)，并配備鋼支撐元件、橡膠滑塊形成碰撞消能裝置（圖8）。LS-DYNA數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，新的防撞措施在減小艦橋碰撞力、延長船橋碰撞時(shí)間、保護(hù)船舶等方面具有一定優(yōu)勢。模塊化生產(chǎn)裝配、現(xiàn)場安裝效率高、更換損壞浮箱方便、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)使其具有良好的市場應(yīng)用前景。
圖8 新型UHPC防撞裝置示意圖[29]
郁嘉誠、方海等[30]以臺(tái)州椒江大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，通過數(shù)值分析3 000 t 級(jí)船舶在最高通航水位下正向和側(cè)向撞擊兩種工況下的撞擊力后，提出了一種隔離式防撞墩與自浮式復(fù)材消能圈相組合的防撞方案（圖9），進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)有無該裝置防撞墩和船舶所受的撞擊力削減了 24. 30%。
圖9 組合方案有限元分析模型[30]
圖10 萬州長江大橋拱形自浮式防撞裝置[32]
潘晉、許明財(cái)?shù)萚31]通過在具有 X 型夾層結(jié)構(gòu)的浮式防撞設(shè)施上配置保護(hù)性柔性元件來增強(qiáng)設(shè)施對(duì)橋墩的保護(hù)效能；基于AIS實(shí)際船舶信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析，結(jié)果表明，該裝置可減少30%以上的船撞力，且可減小船舶損傷。拱形自浮式橋梁防撞裝置（圖10）的提出，適于對(duì)山區(qū)河流拱橋易撞部位進(jìn)行防護(hù)。毛德涵等[32]依據(jù)相似性準(zhǔn)則推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力相似比后，在材料性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析的基礎(chǔ)上，選取了合適厚度的PVC管制作滿足剛度相似比的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ang等[33]研制了一種具有成本較低的鋼框架結(jié)構(gòu)新型防撞裝置，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值評(píng)價(jià)，以量化其耗能能力并為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。該裝置在沖擊過程中對(duì)駁船保護(hù)也是非常有效的。當(dāng)駁船質(zhì)量為1724噸時(shí)，該裝置所能抵抗的最大撞擊速度約為3.5m/s。幸運(yùn)的是，這一速度超過了以前基于調(diào)查統(tǒng)計(jì)的研究得出的水路駁船的最高行駛速度。圖11繪制了3.5m/s沖擊速度對(duì)應(yīng)的消能過程，表明該裝置消耗了大部分的沖擊能量。該裝置在沖擊后吸收的能量為8.33MN.m，占總沖擊能量的78.91%。
圖11 沖擊期間的能量轉(zhuǎn)換（vb=3.5 m/s）[35]：實(shí)線為駁船吸收的能量；帶圈的線為裝置吸收的能量；虛線為駁船的動(dòng)能；帶星的線為裝置的動(dòng)能；最上面的黑色粗線為總能量。
為橋下有通航需求的橋梁安裝防撞裝置對(duì)其進(jìn)行防護(hù)是一方面；另一方面是要做好橋梁防撞設(shè)計(jì)，提高自身抗撞能力，防止橋梁垮塌造成的巨大損失。Pedersen等[34]介紹了一套橋墩和橋塔抗撞設(shè)計(jì)方法，并使其符合一定的風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。文中提出了一個(gè)碰撞概率模型，用于計(jì)算船舶在大橋附近遇到緊急情況的概率，以及由人為錯(cuò)誤和技術(shù)錯(cuò)誤引起的船舶碰撞事故的概率。在綜合數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)簡單的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式以快速預(yù)測最大船艏沖擊力隨船舶撞擊速度、船舶載荷和船舶尺寸的變化。文中指出了AASHTO規(guī)范公式的使用條件，并對(duì)新版歐洲規(guī)范修訂提出了建議。1.4 在船橋碰撞主動(dòng)預(yù)警研究方面：Wang、夏燁等[35],[36]提出了一種基于深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測的船舶與橋梁碰撞主動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)框架，用于船舶與橋梁之間的防碰撞。該系統(tǒng)包括圖像采集、檢測、跟蹤、預(yù)測、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策等六個(gè)模塊(圖12)。為了在艦橋避碰監(jiān)控系統(tǒng)中取得理想的檢測效果，需要對(duì)SSD模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集訓(xùn)練。于是建立了一個(gè)船撞專用數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含3.5萬多幅船舶圖像，并附有標(biāo)注的船舶碰撞數(shù)據(jù)集。在上海松浦大橋進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，與現(xiàn)有應(yīng)用較多的基于運(yùn)動(dòng)的檢測方法ViBe相比：傳統(tǒng)的方法將陰影、反射和重疊的船只與目標(biāo)船本身混淆，而忽略了停泊的一艘船，由于波和光引起的噪聲產(chǎn)生了大量的假結(jié)果（圖13），而基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測方法SSD在處理復(fù)雜多變的情況下檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確和靈活。這為進(jìn)一步的分析和決策提供了信息支持。
圖12 船舶避碰視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)框架[35]
圖13 本文所提SSD方法與傳統(tǒng)ViBe檢測結(jié)果對(duì)比[35]
閆興非等[37]分析了基于船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）和被動(dòng)防船撞設(shè)施的局限，提出采用基于視頻監(jiān)控的通航橋梁主動(dòng)預(yù)警概念及方案以滿足泖港大橋防船撞預(yù)警需求。徐一超[38]選取伸縮縫位移測值作為船撞報(bào)警信號(hào)源數(shù)據(jù)，給出三大特征指標(biāo)用于長大橋梁船撞后報(bào)警，提醒橋梁管理者啟動(dòng)應(yīng)急事宜。橋梁主動(dòng)防船撞目前還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各類橋梁主動(dòng)預(yù)警和干預(yù)的手段單一。何侃[39]試圖利用AIS、VHF、VITS 等多項(xiàng)技術(shù)構(gòu)建基于多源信息融合的碰撞風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊，以實(shí)現(xiàn)智能感知和判斷、營造數(shù)字交通環(huán)境。該方法具有一定技術(shù)前瞻性，但離實(shí)施還有相當(dāng)距離。張雷等[40]在渤海海峽跨海橋梁方案研究中認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)“橋梁安全、船舶安全、通航安全”的目標(biāo)，應(yīng)研究航道標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)航行管理，采取主動(dòng)防撞與被動(dòng)防撞綜合手段。
PART-2
崩塌落石對(duì)橋梁的撞擊
崩塌落石是常見的山區(qū)三大地質(zhì)災(zāi)害之一，是指陡坡上的巨大巖石或土體，在重力、地震、雨水及其他外力作用下崩塌脫落的現(xiàn)象，具有預(yù)測困難、突發(fā)性強(qiáng)、隨機(jī)性大、致災(zāi)嚴(yán)重、影響面廣等特點(diǎn)。目前國家加大了對(duì)西部地區(qū)交通建設(shè)投入，山區(qū)公路和鐵路的建設(shè)需要更多的山區(qū)橋梁，崩塌落石對(duì)橋梁的影響不容忽視。2020年9月20日，京昆高速雅西段(四川雅西高速)突發(fā)山體崩塌，落石導(dǎo)致姚河壩大橋兩跨橋梁砸斷，雅西高速雙向交通中斷。而隨著以川藏鐵路為代表的艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路建設(shè)的推進(jìn)和相關(guān)學(xué)者對(duì)落石沖擊問題的持續(xù)關(guān)注，2020年崩塌落石對(duì)橋梁撞擊的研究和應(yīng)用也比往年有所增加，以下對(duì)其進(jìn)行總結(jié)。考慮到落石撞擊防護(hù)棚洞的沖擊力理論計(jì)算公式已較為成熟，但落石撞擊橋墩的沖擊力公式研究較少。鐘漢清、趙雷等[41]基于Hertz理論和Thornton彈塑性假設(shè)推導(dǎo)了落石撞擊橋墩沖擊力理論計(jì)算公式，并對(duì)落石沖擊速度、角度和半徑等進(jìn)行了參數(shù)影響研究。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)彈塑性沖擊力僅為彈性沖擊力的21.58%，采用該公式進(jìn)行抗撞設(shè)防時(shí)應(yīng)引入彈塑性沖擊力折減系數(shù)。王翔等[42]對(duì)拉林鐵路某段橋梁工程典型工點(diǎn)的危巖崩塌體進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，之后結(jié)合 Rocfall仿真和模型試驗(yàn)加速度測試數(shù)據(jù)，采用SPECTR 計(jì)算程序?qū)Ρ浪涫铀俣取⑺俣群臀灰苿?dòng)力反應(yīng)譜特性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。這為新建川藏鐵路山區(qū)橋梁提供了直接參考。艱險(xiǎn)山區(qū)橋梁施工及運(yùn)營多面臨崩塌落石撞擊風(fēng)險(xiǎn)，常規(guī)的防護(hù)棚洞為 RC 結(jié)構(gòu)鋪設(shè)砂土墊層，但因自重過大而難以實(shí)現(xiàn)與橋梁的一體化建造。孫宗磊等[43]擬采用新型高強(qiáng)材料UHPC 板鋪設(shè) EPS 墊層的方式減小棚洞與緩沖材料的重力，由此開展試驗(yàn)，研究該結(jié)構(gòu)形式的耗能能力并擬合出峰值沖擊力與沖擊能量為對(duì)數(shù)關(guān)系的計(jì)算公式。該公式適用于EPS 墊層厚度在 70~150cm，沖擊能量在 100kJ 以下的情況。針對(duì)落石撞橋問題，不同工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一，國內(nèi)鐵路橋涵規(guī)范中對(duì)落石防護(hù)領(lǐng)域尚存空白。楊少軍等[44]結(jié)合艱險(xiǎn)山區(qū)鐵路橋梁建設(shè)中面臨的危巖落石風(fēng)險(xiǎn)，從落石運(yùn)動(dòng)規(guī)律、沖擊力計(jì)算方法、棚洞防護(hù)形式和輕型緩沖層材料的耗能性能這四方面出發(fā)，開展科研試驗(yàn)與理論分析工作，探討了橋梁工程危巖落石防治標(biāo)準(zhǔn)制定需考慮的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，但對(duì)施工和維護(hù)方面還缺少研究。方錢寶、張曉強(qiáng)[45]對(duì)某新型防護(hù)結(jié)構(gòu)的緩沖層受力變形特征、不同落石作用位置對(duì)新型防護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響開展研究。通過引入落石附加內(nèi)力和變形沖擊系數(shù)，分析落石沖擊力對(duì)新型落石防護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大動(dòng)力響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)最不利受力位置為棚洞跨端，應(yīng)作為控制截面采取加固措施。柔性防護(hù)網(wǎng)是常用的落石崩塌防護(hù)技術(shù)。余志祥等[46]提出了一種韌性鋼結(jié)構(gòu)挑篷防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，并以150 和500 kJ的三聯(lián)足尺模型沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行了非線性顯示動(dòng)力學(xué)分析，揭示其工作機(jī)制。張佳寧等[47]基于ANSYS/ LS- DYNA顯示動(dòng)力學(xué)分析落石撞擊雙柱式高墩的全過程，模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)：橋墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的最大值與撞擊位置距橋墩底部的距離和落石撞擊初始速度正向關(guān)。陸科林[48]對(duì)雙薄壁箱型截面鋼橋墩的落石沖擊性能進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了落石大小、沖擊速度以及沖擊位置對(duì)橋墩的動(dòng)力響應(yīng)的影響，給出了設(shè)計(jì)建議。張春巍等人[49]對(duì)各類混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，包括橋墩、梁和板在橫向沖擊載荷下的響應(yīng)和破壞行為進(jìn)行了總結(jié)；重點(diǎn)回顧了以往關(guān)于鋼筋混凝土橋墩在車輛和船只碰撞作用下的碰撞響應(yīng)的研究；闡述了不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)和荷載相關(guān)參數(shù)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗沖擊性能的影響。此外，還介紹了沖擊荷載作用下結(jié)構(gòu)分析的理論背景、現(xiàn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和現(xiàn)有的分析方法。綜述發(fā)現(xiàn)，由于忽略了慣性效應(yīng)和應(yīng)變率效應(yīng)等動(dòng)力效應(yīng)的影響，現(xiàn)行規(guī)范所預(yù)測的沖擊載荷可能是不保守的。另外，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范在預(yù)測等效沖擊荷載時(shí)沒有考慮到被沖擊結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)。也無法準(zhǔn)確和合理地估計(jì)橋墩慣性、軸向荷載比、幾何形狀和土-結(jié)構(gòu)相互作用等對(duì)沖擊載荷和響應(yīng)的影響。軸向荷載參數(shù)的有效性還沒有得到嚴(yán)格的論證，然而以往的研究大多是研究結(jié)構(gòu)在軸向荷載作用下的抗沖擊能力。
PART-3
車輛對(duì)橋梁的撞擊
我國城市規(guī)模飛速發(fā)展、交通負(fù)擔(dān)日益繁重。2020年國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)3.72億輛，其中汽車2.81億輛。在此背景下，車橋碰撞問題也較為突出。2020年車橋碰撞的案例有：超高車輛撞擊橋跨結(jié)構(gòu)，是立體交通快速發(fā)展過程中逐漸凸顯的一大問題，會(huì)導(dǎo)致橋跨結(jié)構(gòu)落梁或局部損壞。2020年10月15日上午10時(shí)，G50滬渝高速公路上，一輛大型運(yùn)輸車輛與路面上方橋梁發(fā)生碰撞，導(dǎo)致橋梁垮塌。2020年10月18日，在江蘇海安境內(nèi)的寧啟線南莫至海安站區(qū)間，一輛混凝土泵車先撞倒限高架后撞向鐵路橋，橋梁上拱變形，撞擊點(diǎn)鋼筋外露，導(dǎo)致寧啟線9趟列車停運(yùn)。車輛撞擊橋墩、護(hù)欄的事故則更為頻發(fā)。2020年3月14日，紹興市一私家車撞向橋墩后車身起火，駕駛員當(dāng)場死。2020年8月10日，海口南海大道西段一輛汽車撞到高鐵橋墩后瞬間引發(fā)劇烈燃燒。2020年11月23日廣東某地貨車高速撞上路面凸起物失控，致某小汽車被撞跨越護(hù)欄、翻滾墜落橋下；后證實(shí)為伸縮縫型鋼斷裂意外凸起。2020年12月18日，在山東省日照市某大橋上發(fā)生一起兩輛汽車相撞的交通事故，其中一車撞斷護(hù)欄、墜落橋下。國外類似事件也有發(fā)生。2020年9月10日，英國一輛雙層校車行駛途中撞上一座高度較低的鐵路橋，大巴車頂棚被掀掉，十多名學(xué)生受傷。列車脫軌事件相對(duì)較少，但后果嚴(yán)重。2021年3月19日 摩洛哥一火車失控脫軌、撞上橋墩，至少6死86傷。近年來，車輛撞橋帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，這些事故引起了人們的廣泛關(guān)注。車輛撞擊橋梁事件一般分為汽車撞擊橋跨結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、護(hù)欄、拉索等，此外還有列車脫軌致災(zāi)等特殊情況。超高車輛與凈空較低的鐵路橋梁的撞擊影響巨大。防撞梁可以減少車輛撞擊事故造成的破壞，并且在那些凈空較低的、常遭受超高車輛沖擊影響的橋梁很容易更換。Ozdagli等[50]根據(jù)北美鐵路業(yè)主的需求，對(duì)各種碰撞梁在減緩超高車輛碰撞鐵路橋梁的影響方面進(jìn)行了數(shù)值研究，評(píng)估其對(duì)保護(hù)橋梁是否有效。并從實(shí)驗(yàn)上量化了不同碰撞梁的效率，為過高車橋防撞減振設(shè)計(jì)提供了參考。而車輛與橋墩的碰撞也是橋梁結(jié)構(gòu)的主要威脅之一。Li等人[51]開展了鋼筋混凝土(RC)橋墩在橫向沖擊荷載作用下的沖擊過程、損傷與破壞模式、動(dòng)力特性和抗沖擊性能評(píng)價(jià)方法的試驗(yàn)和數(shù)值研究工作；一改通常采用峰值沖擊力來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)物/構(gòu)件的抗沖擊性能的方式，作者根據(jù)能量守恒定律，采用沖擊位置的塑性位移（即殘余位移）作為鋼筋混凝土橋墩抗沖擊性能的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。圖14為試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。圖15為試件數(shù)值預(yù)測和實(shí)驗(yàn)的破壞模式的比較。
圖14 水平?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖[51]
(a)數(shù)值預(yù)測的失效模式
(b)實(shí)驗(yàn)失效模式。圖15 試件破壞模式的比較[51]
考慮到試驗(yàn)成本高和數(shù)值模擬技術(shù)的成熟發(fā)展，Chen[52]采用有限元模擬方法，對(duì)典型的三柱鋼筋混凝土橋墩在車輛碰撞作用下的動(dòng)力響應(yīng)和損傷破壞特性進(jìn)行了分析，并考慮了車輛動(dòng)能、箍筋直徑、軸壓比、基礎(chǔ)深度和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量等關(guān)鍵變量。在此基礎(chǔ)上，提出了計(jì)算鋼筋混凝土橋墩沖擊時(shí)軸向力增量的改進(jìn)公式。結(jié)合已建立的汽車碰撞模型，建立了評(píng)價(jià)鋼筋混凝土橋墩在車輛碰撞作用下抗剪性能的極限狀態(tài)函數(shù)。此外，還提出了一種新的車輛碰撞下鋼筋混凝土橋墩抗剪破壞的等效靜力分析方法，并對(duì)AASHTO規(guī)范的有效性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Wu[53]對(duì)鋼筋混凝土雙柱墩橋梁的動(dòng)力響應(yīng)和車輛碰撞下的可靠度進(jìn)行了分析。以精細(xì)的混凝土雙柱墩橋梁和車輛有限元模型為基礎(chǔ)，考慮車速、截面尺寸、橋墩高度、混凝土強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)沖擊響應(yīng)的影響；基于可靠度理論，采用蒙特卡羅方法分析了橋墩在車輛碰撞下的剪切破壞概率。作者還提出了可在未來研究中進(jìn)一步考慮不同車型、沖擊位置的影響。唐楊[54]基于ANSYS對(duì)鋼桁架橋在橫橋向撞擊和順橋向撞擊作用下的受力特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，橫橋向撞擊下結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力更大。王向陽等[55]以某雙柱式橋墩為背景，以LS-DYNA 的車—橋墩碰撞數(shù)值計(jì)算樣本擬合出了車撞力計(jì)算公式。與我國規(guī)范計(jì)算值比較后發(fā)現(xiàn)，規(guī)范計(jì)算車撞力偏低。橋墩易發(fā)生剪切破壞，且混凝土強(qiáng)度對(duì)其抗剪承載力可靠性指標(biāo)有較大影響。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立高保真的數(shù)值分析模型，并做進(jìn)一步的拓展分析是一種節(jié)省研究成本的方法。Sharma等[56]對(duì)馬尼托巴混凝土橋的護(hù)欄遭受有可能的卡車連續(xù)高速撞擊問題進(jìn)行了數(shù)值研究，以評(píng)價(jià)護(hù)欄抵抗多次撞擊的性能和駕駛員安全風(fēng)險(xiǎn)。在LS-DYNA中進(jìn)行多次撞擊數(shù)值模擬前，首先通過與已知實(shí)車足尺碰撞數(shù)據(jù)對(duì)照，驗(yàn)證了數(shù)值仿真中前車建模的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明，在卡車連續(xù)5次碰撞過程中，不可能發(fā)生災(zāi)難性破壞和人員重大傷亡。圖16所示第1次撞擊和第5次撞擊后馬尼托巴橋混凝土防撞護(hù)欄的有效塑性應(yīng)變，也表明防撞護(hù)欄沒有發(fā)生過大破壞。
圖16 第1次車撞和第5次車撞后馬尼托巴橋混凝土防撞護(hù)欄的有效塑性應(yīng)變[56]
與Sharma等人的研究方法類似，仿真模型的有效性通過與實(shí)際碰撞事故中橋梁損傷特征進(jìn)行驗(yàn)證的研究方式也值得借鑒。現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的等效靜力設(shè)計(jì)力并沒有充分考慮車輛碰撞的多樣性，如車輛類型、質(zhì)量和碰撞速度等。Wang[57]利用有限元軟件ABAQUS建立了某重型貨車和橋墩的有限元仿真模型，分析了車輛質(zhì)量和車速對(duì)立交橋橋墩沖擊特性的影響，其有限元模型驗(yàn)證工作就是采用與實(shí)際車撞橋梁破壞特征保持一致實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果表明，隨著載重汽車質(zhì)量和碰撞速度的增加，沖擊力峰值增大。橋墩的高應(yīng)力區(qū)集中在橋墩的根部和沖擊部位，在45°處形成斜裂縫。為了保護(hù)橋墩不受車輛的沖擊、或減小撞擊危害，安裝防撞裝置是有效手段。Pan等[58]設(shè)計(jì)了一種能量吸收結(jié)構(gòu)（圖17），該結(jié)構(gòu)由薄壁U形鋼和填充復(fù)合蜂窩管組成。首先對(duì)能量吸收結(jié)構(gòu)進(jìn)行了材料性能試驗(yàn)、對(duì)實(shí)際車輛模型進(jìn)行標(biāo)定（依據(jù)圖18裝置所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)[59]）；之后建立有限元模型進(jìn)行了碰撞系數(shù)、角度和車輛類型等參數(shù)影響分析，來評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的保護(hù)結(jié)構(gòu)在各種車輛碰撞下的動(dòng)力性能和能量吸收能力。研究表明，高速碰撞情況下更有必要安裝該防撞耗能結(jié)構(gòu)。
圖17 薄壁鋼和玻璃鋼蜂窩填充的吸能結(jié)構(gòu)(單位：mm)[58]
（a）撞擊臺(tái)車 （b）防撞結(jié)構(gòu) （c）剛性墻和鋼墊塊圖18 撞擊試驗(yàn)裝置布置[59]
與混凝土護(hù)欄和波形護(hù)欄相比，對(duì)公路纜索護(hù)欄系統(tǒng)的研究相對(duì)較少。Lu[60]根據(jù)“公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則”，建立了車輛與纜索護(hù)欄系統(tǒng)的耦合有限元模型，并進(jìn)行了纜索護(hù)欄與車體碰撞的全尺寸模擬。為了改善纜索護(hù)欄系統(tǒng)的性能，在優(yōu)化過程中，選擇任意兩個(gè)樁之間的距離和樁的厚度作為設(shè)計(jì)變量。將車身的質(zhì)心加速度和纜索的側(cè)向位移定義為目標(biāo)函數(shù)。優(yōu)化后，車身質(zhì)心加速度的峰值為16.08g，車體的出口角為7.8°，纜索的最大側(cè)向位移為263.04mm。在碰撞過程中，車輛的損傷程度比原車輕得多，沒有碰撞效應(yīng)。從而大大提高了最優(yōu)纜索護(hù)欄系統(tǒng)的整體性能，滿足了碰撞要求。廖福勇[61]對(duì)某快速路上的防撞裝置進(jìn)行了理論和數(shù)值分析，評(píng)估了該裝置的防撞效果，指出應(yīng)根據(jù)道路實(shí)際通行情況來匹配其剛度。公路橋梁是保障社會(huì)安全和功能的重要基礎(chǔ)設(shè)施。自然災(zāi)害對(duì)公路橋梁造成的直接破壞會(huì)破壞運(yùn)輸系統(tǒng)，阻礙救援和恢復(fù)活動(dòng)，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法至關(guān)重要。Li[62]為公路橋梁在多種災(zāi)害作用下的長期恢復(fù)力和長期損失評(píng)估提供了一個(gè)詳細(xì)的框架。計(jì)算了四種不同危險(xiǎn)情況下恢復(fù)模式下的時(shí)間依賴函數(shù)；對(duì)每一種危險(xiǎn)情況下的橋梁反應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Kim[63]采用風(fēng)險(xiǎn)分析的方法來評(píng)價(jià)橋梁墩柱的車撞易損性。采用初步分析、簡單分析和詳細(xì)分析這三步風(fēng)險(xiǎn)分析方法（圖19），對(duì)韓國8267個(gè)橋梁的風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行了評(píng)估，最終簡單分析階段（SRA）選擇了58個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)(RLH)等級(jí)的橋梁墩柱。根據(jù)長細(xì)比將這些橋梁分成了5大類，并對(duì)這5類橋梁進(jìn)行詳細(xì)分析（DRA）。通過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛速度和長細(xì)比都增加時(shí)，橋柱會(huì)出現(xiàn)較大的變形。利用在車輛撞擊下的響應(yīng)高和響應(yīng)中等類別的橋梁墩柱，根據(jù)材料強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和數(shù)值分析結(jié)果，給出了橋梁墩柱的易損性曲線。
圖19 風(fēng)險(xiǎn)分析流程[63]
Petrini等[64]進(jìn)行了多災(zāi)害分析，考慮了189m長的多跨公路高架橋在受到重型車輛(罐車)撞擊，同時(shí)由于易燃材料的存在火災(zāi)蔓延的情況；采用多級(jí)建模策略來評(píng)估公路高架橋危險(xiǎn)鏈場景下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。Chen等[65]對(duì)橋梁橋墩碰撞的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，總結(jié)了該領(lǐng)域的研究成果和局限性；參照太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的基于性能的抗震設(shè)計(jì)框架將車輛與橋墩的碰撞研究細(xì)分為四個(gè)主要問題，即危險(xiǎn)分析、結(jié)構(gòu)分析、損傷分析和損失分析。韓艷[66]依據(jù)車撞橋墩的研究現(xiàn)狀，認(rèn)為目前能同時(shí)減少車橋碰撞損傷、占地面積小、防撞效果好的城市橋梁橋墩防撞設(shè)計(jì)措施需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究；且車輛撞擊橋墩事故發(fā)生后，仍缺少評(píng)估橋梁損傷程度及剩余承載力的快速合理的方法。按給定的震害等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的橋墩除承受地震荷載外，在其使用壽命周期內(nèi)也有可能受到車輛沖擊荷載的影響。Li等人[67]從多危害的角度，利用商業(yè)有限元程序LS-DYNA建立了車輛-橋墩碰撞的精細(xì)有限元模型，研究鋼筋混凝土墩柱的抗震能力與沖擊抗力之間的相關(guān)性，以及相應(yīng)的損傷評(píng)估方法，提出了初步的多危害設(shè)計(jì)流程（圖20）。108個(gè)碰撞場景的數(shù)值模擬結(jié)果表明，RCBP的抗震性能與抗沖擊性能密切相關(guān)；在車輛撞擊作用下，RCBP表現(xiàn)出5種潛在的破壞模式都受到抗震能力的顯著影響。
圖20 普通鋼筋混凝土柱地震-車撞設(shè)計(jì)流程圖[70]
列車脫軌不僅會(huì)對(duì)列車本身造成破壞，還會(huì)對(duì)周圍的結(jié)構(gòu)造成二次損傷。因此，護(hù)欄通常用于防止高風(fēng)險(xiǎn)線路上脫軌列車造成的二次損壞。Lai等[68]采用三維車輛軌道動(dòng)力學(xué)仿真模型和碰撞接觸模型，研究了列車脫軌后的動(dòng)力學(xué)行為以及護(hù)欄保護(hù)的有效性。呂思雨等人[69]采用Hypermesh 軟件分析了有砟、無砟軌道橋梁上動(dòng)車組頭車與防護(hù)墻碰撞過程，發(fā)現(xiàn)防護(hù)墻受損破壞程度與頭車速度和沖擊角度正相關(guān)，防護(hù)墻增高可有效抑制列車爬墻現(xiàn)象。橋梁車撞問題以確定性指定事件分析居多，鮮有研究將重點(diǎn)放在橋墩車輛撞后的可靠度和工作性能上。樊偉等[70]在鋼筋混凝土柱式橋墩車撞問題研究中，建立了一套車撞橋墩響應(yīng)面—蒙特卡洛抽樣可靠度分析方法。作者給出了采用蒙特卡洛法抽樣研究結(jié)構(gòu)可靠度的詳盡分析步驟。分析結(jié)果表明，采用建立的響應(yīng)面作為車撞橋墩的替代模型可以提高精度和計(jì)算效率，為大樣本概率性分析提供了可能；采用規(guī)范JTG3362-2018中公式所得失效概率計(jì)算值偏于不安全。人工智能算法在橋梁撞擊領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。李梁[71]以ANSYS/LS-DYNA計(jì)算的110組不同工況下的車輛-橋墩撞擊力數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本、10 組數(shù)據(jù)作為測試樣本，進(jìn)行了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車輛—橋墩撞擊力峰值、全局沖量、全局平均碰撞力預(yù)測。另外還對(duì)參考文獻(xiàn)湖南大學(xué)劉飛博士論文中的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果均表明，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測效果優(yōu)于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。近幾十年來，國內(nèi)外陸續(xù)建成了十余座采用CFRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉索的橋梁，但目前對(duì)有預(yù)張力的CFRP拉索的抗沖擊性能的研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。黃道斌等[72]采用F800 型卡車作為碰撞用標(biāo)準(zhǔn)車，分析了入撞速度、吊索處主梁豎向剛度等不同參數(shù)對(duì)CFRP拉索車撞響應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，CFRP拉索破斷時(shí)的峰值索力遠(yuǎn)低于其軸向拉伸破斷力，應(yīng)做專門防撞設(shè)計(jì)。程龍樹等[73]研究了某大跨度連續(xù)梁拱組合橋在車輛撞擊吊桿損傷后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的影響。對(duì)車輛撞擊之后單組吊桿斷裂、單組吊桿斷裂旁邊吊桿損傷、兩組吊桿同時(shí)斷裂等若干情況下，剩余吊桿軸力與位移以及內(nèi)力的變化情況。
總結(jié)與展望
作者嘗試對(duì)橋梁撞擊問題2020年研究文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)、分類，并根據(jù)個(gè)人理解詳細(xì)檢視了其中的幾項(xiàng)研究的相關(guān)成果。本文通過對(duì)橋梁遭受船撞、落石沖擊、車輛撞擊等方面的近期研究成果進(jìn)行分析，認(rèn)為在以下幾方面的研究是在未來的工作中需要進(jìn)一步考慮的：（1）汽車、船舶碰撞橋梁事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫和不同類型車輛、船舶參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立。PEER對(duì)地震記錄的統(tǒng)計(jì)整理極大地方便了抗震科研人員對(duì)地震記錄的選用。而在橋梁防撞方面尚缺少類似共享數(shù)據(jù)庫，目前也缺少有影響的機(jī)構(gòu)組織來承擔(dān)橋梁撞擊的基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)工作。前事不忘后事之師，必須重視這方面的事故統(tǒng)計(jì)分析和不同類型車輛、船舶相關(guān)參數(shù)的收集整理。另外，考慮到中國車型的獨(dú)特性和目前較為精細(xì)的車輛模型大多為依據(jù)國外車型建立的現(xiàn)狀，建立精細(xì)的中國典型車輛數(shù)據(jù)庫顯得十分必要[7]，同時(shí)對(duì)典型船舶也需做類似工作。（2）目前橋梁抗撞擊與防護(hù)的基礎(chǔ)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚較為缺乏，相關(guān)大型試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)稀少[7]。例如真實(shí)足尺的大型橋梁車撞、船撞和落石沖擊試驗(yàn)相對(duì)匱乏，尤其是在中國幾乎鮮有開展，或尚未公開。2011年Buth等人進(jìn)行了車輛碰撞試驗(yàn)，在此試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，2012年AASHTO即將等效靜設(shè)計(jì)力從1800kN提高到2670kN。可見，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并得到可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于修訂規(guī)范、指導(dǎo)設(shè)計(jì)十分必要。（3）橋梁撞擊合理數(shù)值分析模型的建立。基于材料性能試驗(yàn)、部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場事故圖片進(jìn)行建模，在已驗(yàn)證后的數(shù)值模型上再開展參數(shù)影響數(shù)值研究的方式值得借鑒。真實(shí)的大型足尺撞擊試驗(yàn)成本昂貴，數(shù)值分析技術(shù)仍然是現(xiàn)在的主要分析手段。但橋梁撞擊分析需要接近真相的數(shù)值模擬，數(shù)值模型的參數(shù)選取要結(jié)合實(shí)際情況、有所依據(jù)；對(duì)于結(jié)果的分析也不能滿足于試驗(yàn)和仿真結(jié)果一致，或附和試驗(yàn)數(shù)據(jù)而令數(shù)值仿真淪為“數(shù)字游戲”。對(duì)于結(jié)果不一致的情況更要分析其根本原因，才能在橋梁撞擊仿真技術(shù)和試驗(yàn)方面均有所提高。（4）基于性能的設(shè)計(jì)方法研究應(yīng)在橋梁撞擊領(lǐng)域繼續(xù)深入、細(xì)化開展。一些研究人員試圖為橋梁撞擊問題建立一種基于性能的設(shè)計(jì)方法。作者2019的年度進(jìn)展中對(duì)此有所關(guān)注，而基于性能的抗撞設(shè)計(jì)思想在我國2020年發(fā)布的《公路橋梁抗撞設(shè)計(jì)規(guī)范》中也已經(jīng)有明確體現(xiàn)，并給出了兩個(gè)作用水準(zhǔn)。基于性能的橋梁抗撞設(shè)計(jì)思想應(yīng)進(jìn)一步推廣和完善。（5）多災(zāi)害耦合作用在現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中，通常采用單一危害來進(jìn)行設(shè)計(jì)和安全評(píng)價(jià)。然而，多種災(zāi)害同時(shí)發(fā)生或鏈?zhǔn)叫?yīng)，如洪水沖刷和船舶撞擊、地震落石協(xié)同致災(zāi)、撞擊伴隨火災(zāi)發(fā)生等，會(huì)對(duì)橋梁系統(tǒng)造成更嚴(yán)重的破壞、其致災(zāi)機(jī)理和安全評(píng)估也更為復(fù)雜。國內(nèi)外在這方面的研究工作正在啟動(dòng)還需深入。（6）橋梁撞擊發(fā)生后，缺少快速有效評(píng)估結(jié)構(gòu)安全性和剩余承載力的方法。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測等人工智能技術(shù)運(yùn)用于撞擊力預(yù)測和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以實(shí)現(xiàn)智能感知和判斷，將為進(jìn)一步的分析和決策提供技術(shù)支持，也是營造數(shù)字交通環(huán)境的一條途徑。本文的撰寫過程中，作者閱讀了大量文獻(xiàn)資料，但水平有限，某些觀點(diǎn)可能并不成熟。純粹基于知識(shí)分享和交流的角度，作者及時(shí)將2020橋梁撞擊研究方面的一些總結(jié)和觀點(diǎn)拋出，與各位同仁共享，不當(dāng)之處敬請(qǐng)來信進(jìn)行討論，并將在后期文章發(fā)表時(shí)進(jìn)行修訂；同時(shí)，如文中某些拙見得到認(rèn)可，也是我等之榮幸，您的關(guān)注和支持是作者繼續(xù)投入更多時(shí)間精力做好該項(xiàng)工作的最大動(dòng)力。
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