船桥碰撞问题的理论解析

《船桥碰撞问题的理论解析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第45卷第6期2013年12月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&Astronautics船桥碰撞问题的理论解析杨杰1’2艾军1徐春林1闫维明2袁洁君1(1．南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016；2．北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京，100124)V01．45No．6Dec．2013摘要：针对船桥碰撞问题，进行了理论解析。首先建立了该问题的理论分析模型，将船与桥作为一个整体系统进行分析，通过在特定边界条件和初始条件下的

2、振动系统方程求解，得到了系统的频率方程、模态振型、动态响应以及撞击力的解析表达，为桥梁防撞设计提供了参考。关键词：船桥撞击；振动；撞击力；动力响应中图分类号：U447文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)06—0881—04TheoreticalAnalysisonShip—BridgeCollisionYangJiel”，AiJunl，XuChunlinl，YanWeiming2，YuanJiejUnl(1．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUnivers

3、ityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．KeyLabofEarthquakeEngineeringandStructuralRetrofit，BeijingUniversityofTechnology，Beijing，100124，China)Abstract：Atheoreticalmethodforsolvingtheship—bridgecollisionproblemispresented．Firstly，thetheoreticalmod

4、elisfounded，wheretheshipandthebridgeareconsideredaspartsofawholevibrationsystem．Secondly，throughsolvingthedynamicequationinparticularboundaryconditionandinitialcondition，thefrequencyequation，modeshape，dynamicresponseandcollisionforcecanbegotten．Itwillbeuseful

5、fortheanti—collisiondesignofbridge．Keywords：ship—bridgecollision；vibration；collisionforce；dynamicresponse进入新世纪以来，随着经济建设的快速发展，我国已建成并且还将继续建设大量跨河、跨江、跨海大桥。桥梁的大量建设缓解了我国日益加重的交通压力，但同时桥梁遭遇船舶撞击的风险和概率也随之提高。表1中列出了近30年来国内外典型的船舶撞击桥梁事故[1’4]。据统计，全球范围内由于船舶撞击桥梁造成的人员伤亡、财产损失以及环

6、境破坏是巨大的[1’2’5

7、。因而全面分析船桥撞击问题，具有重要的现实意义。当前针对船桥撞击问题的研究，主要集中于有限元仿真分析和碰撞试验[6-10]，而针对该问题的理论分析鲜有报道。文中从力学分析人手，对船桥撞击问题进行理论解析。表1近30年来的船舶撞击桥梁事故基金项目：城市与工程安全减灾教育部重点实验室开放课题资助项目。收稿日期：2013—08—15；修订日期：2013一10—15通信作者：杨杰，男，副教授，1976年出生，E-mail：yangjie@nuaa．edu．cn。882南京航空航天大学学报第45

8、卷续表1理论分析模型(1)撞击船舶的简化。船舶与桥墩撞击过程中，船舶的船艏部分会发生变形。因而可以将船舶简化为一个具有一定质量和刚度的弹簧一质量系统。碰撞过程中弹簧的变形即可相当于船艏的变形。(2)桥墩的简化。在AASHTO规范、欧洲规范和中国规范中，船撞力计算均是基于刚性墙假定，而在船舶与桥墩撞击过程中，桥墩并不是完全刚性的，会产生一定变形。因而不能把桥墩简单的当作刚性墙来处理，而应将其视作具有一定质量、一定刚度的悬臂梁。(3)桥梁上部结构的简化。当桥墩受到水平向船舶撞击时，桥墩上受到的变形、位移瞬时通过支座传

9、递到上部结构，上部结构也相应产生位移，同时上部结构又约束着桥墩的变形，上部结构与桥墩之间是相互作用、相互影响。所以在模型简化时必须考虑到上部结构对整个碰撞过程的影响，本文将上部结构简化为一个具有一定质量的实体，直接假设在桥墩的顶部。(4)桥墩的简化。实际撞击过程中，桥墩在埋置深度以下部分的桩土相互作用会对撞击响应产生影响。由于桩土作用机理较为复杂，涉及到地基土的性质和具体