船桥碰撞力的计算方法探讨.pdf

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1、第1期（总第164期）No.1(SerialNo.164)2013年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.01.032船桥碰撞力的计算方法探讨12唐述，宁运琳（1.广东省冶金建筑设计研究院，广东广州510080；2.广州地下铁道总公司，广东广州510010）摘要：近年来船舶撞击桥墩的事故频繁发生，船桥碰撞理论的研究已受到国内外学术界和工程界的高度关注。概述了目前国内外对船桥碰撞的各种计算方法并进行了对比分析。再通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同吨位、不同行进速度船舶进行了

2、数值仿真计算，将结果与国内外计算方法进行了对比研究。研究结果显示按各计算公式所得到的结果有一定的差异，且个别差异较大。这种仿真分析为船桥碰撞的理论研究提供一条有效的途径。关键词：船桥碰撞；计算方法；仿真分析中图分类号：U44文献标志码：A文章编号：1004-4655（2013）01-0095-04近年来船舶撞击桥墩的事故频繁发生，船桥碰从上述公式可以看出最大撞击力约为平均撞击撞理论的研究已受到国内外学术界和工程界的高度力的2倍。修正的沃辛公式考虑了速度对碰撞力的关注。船桥碰撞过程是船桥结构在很短时间（大约影响，因而更加合理。零点几秒到一点几秒）内相互作用的一种复杂的大1.2AASH

3、TO规范公式［3］位移和大变形非线性动态响应过程，相互接触和相1991年，AASHTO在颁布其桥梁船舶互撞击影响着碰撞的全过程。在桥梁工程应用上需撞击设计的指导规范时，综合考虑了Woisin和［4］要研究的是船舶作用在桥墩的最大碰撞力的实用计Dormberg等人的研究成果，船艏正撞时的设计算方法。目前，国内外许多学者致力于船桥碰撞的船舶等效静态碰撞力P按式（5）计算1/2能量法、数值解法、试验研究、数值仿真等方面的P=0.98(DWT)(v/8)（5）研究，取得了一些成果，提出了相关计算方法。AASHTO规范公式是在船舶正撞刚性墙的基础1船桥碰撞力的一般计算方法上提出的，适用于油轮

4、、货轮、散货船类型船舶的1.1Woisin公式船头正撞桥墩的情况。较修正的沃辛公式，主要是［1］Woisin根据保护核动力船舶的核反应堆在在系数选取和考虑速度对碰撞力的影响上有不同。碰撞下的安全问题而进行大量的试验，提出的沃辛1.3欧洲规范公式公式为1999年，欧洲统一规范规定，在桥梁的船撞Pmax=0.88(1±50%)（1）设计中，假定桥梁结构是刚性且不可移动，碰撞体Pave=0.5Pmax（2）(船舶)用一个准弹性单自由度系统来模拟，其公［5］Saul和Svensson等对沃辛公式进行修正，得式为［2］到修正的沃辛公式为P=（6）P=0.88()2/3（3）式中：K为碰撞体的

5、等效刚度，MN/m；M是碰撞max体的质量，t。Pave=0.5Pmax（4）在这里有一点是需要注意的，K表示的是碰撞式中：Pmax为最大撞击力，MN；DWT为船舶的载体的刚度，即船舶的刚度。重吨位，t；Pave为平均撞击力，MN；v为船舶的1.4我国《铁路桥涵设计基本规范》公式撞击速度，m/s。规范将船舶对墩台的撞击力列入特殊荷载的计收稿日期：2012-11-12算中，其计算方法采用静力法，即假定船舶作用于第一作者简介：唐述（1986—），男，助理工程师，硕士研究生。墩台的有效动能全部转化为碰撞力所做的静力功。95唐述，宁运琳：船桥碰撞力的计算方法探讨2013年第1期［6］其公式

6、为2.2船桥碰撞有限元模型的建立P=γ×v×sinα×（7）本文以某大桥为研究背景，其桥墩作为船桥碰撞仿真计算的模型。桥墩由墩柱、承台和桩基础式中：γ为动能折减系数，s·m；W为船舶的重3部分组成，船舶撞击部位取桥墩的承台中心。模量，MN；C1和C2为船舶的弹性变形系数和墩台圬型的主要尺寸参数如表2所示。工的弹性变形系数，即单位力作用下产生的变形，表2桥墩主要尺寸参数mm/MN。承台(长×宽×高)墩柱（长×宽）桩长1.5我国《公路桥梁设计通用规范》公式12×9×58×324规范视船舶碰撞力为内河船舶和海轮2类，分LS-DYNA中提供了多种单元用于碰撞问题别根据航道等级和通航海轮情况

7、列表给出了船桥碰［7］的仿真，本文桥墩混凝土材料采用三维实体单元撞的设计荷载。没有考虑船舶速度对碰撞力的影响。SOLID164，混凝土的本构模型选用动力硬化帽盖总体来说，各国规范的经验公式都是基于力学模型，综合考虑计算成本和计算精度，仅在承台原理得出的，从动能守恒定理出发得到的静态简化碰撞区域适当加密网格。整个桥墩模型共划分为分析，但根据各国提出的经验公式计算得到的结果38408个单元。有一定的差异，没有形成统一的、标准的估算方法。由于船桥碰撞区域发生在船艏区，所以建