港珠澳大桥青州航道桥塔墩防船撞数值模拟与性能分析.pdf

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1、第38卷第1期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．12014年O2月JournalofWuhanUniversityofTechnologyFeb．2O14(Transportati0nScience8LEngineering)港珠澳大桥青州航道桥塔墩防船撞数值模拟与性能分析冯清海刘明虎李国亮(中交公路规划设计院有限公司北京100088)摘要：采用LS-DYNA动力有限元分析软件，对港珠澳大桥青州航道桥塔墩防船撞性能进行了数值模拟与性能分析．塔墩、代表型船舶与防撞钢套箱分别采用实体单元、shell单元模拟，并以最不利的船舶正撞方式进行撞击分析，对塔

2、墩设置钢套箱后的撞击力及钢套箱的防撞性能进行了比较分析．结果表明，青州航道桥塔墩设置的钢套箱能有效地降低撞击力，具有很好的防撞效果，且钢套箱在受撞部位损伤较大，但在其他部位保存完好，可对受撞钢套箱节段进行更换或维修即可．关键词：港珠澳大桥；青州航道桥；塔墩；数值模拟；防撞性能中图法分类号：U443．26doi：10．3963／j．issn．2095—3844．2014．01．031意义的世界级跨海通道．青州航道桥为港珠澳大1工程简介桥跨径最大的通航孔桥，为双塔钢箱梁斜拉桥，桥跨布置为110ITI十2361TI+458In+236rn+港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，

3、是连接11Om一1150m．主梁采用扁平流线型钢箱梁．斜香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区拉索采用扇形式双索面布置．索塔采用H形塔，的超级跨海通道，是列入《国家高速公路网规划》塔柱为钢筋混凝土构件，上剪刀撑为钢结构，布置的重要交通建设项目．项目西接京港澳高速公路，图见图1．东接香港大屿山高速公路．是我国具有国家战略图1青州航道桥布置图青州航道是澳门、珠海与深圳之间的高速客的52．6，渔船及其他小船占33．8．从远期来船及货船航线，同时也是广西、海南和粤西地区船看，青州航道将被建设为万吨轮水道．无论在建设舶进出珠江三角洲的主要航线．目前承担了整个期间还是运营

4、期间，青州航道水域的船只密度和水域全部交通量的5O，其中高速客船占总流量吨位都相当大．作为1条连接3地的重要通道，在收稿日期：2013-10—27冯清海(1980一)：男，博士，高级工程师，主要研究领域为桥梁抗震与抗撞·144·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2014年第38卷设计上不允许出现因船撞而导致桥梁倒塌的情况相应的静屈服应力；D和q为常数，对于低碳钢，发生．本文对青州航道桥的防船撞措施进行精细分别取为4O．4和5．分析，并对防撞钢套箱的防船撞性能作出了准确在进行碰撞分析时，考虑到船体白重，以及水评估．流对碰撞的影响，撞击船舶的总吨位应根据船舶载重量与排

5、水量的关系，以及59／6的附连水的质塔墩防撞钢套箱设计量．2)塔墩与钢套箱模拟桥梁在被船舶撞击防撞套箱的设计综合考虑了重力、浮力、船舶的过程中，由于碰撞时间较短，对整个桥梁结构产碰撞力等荷载．套箱由内围壁、外围壁、套箱底板、生的冲击作用大多也主要集中于被撞塔墩．在碰顶板、箱内加劲、护弦，以及封底混凝土底板等组撞过程中，考虑船首刚度对撞击力大小的影响比成．防撞套箱上部挂腿采用橡胶支座，内围壁与承塔墩的抗推刚度要大得多，以及主要是对塔墩设台侧表面之间采用平板橡胶，套箱外表面悬挂固置钢套箱后的防撞效果的评估，因此，塔墩的有限定式复合材料防撞护舷，节段连接板之间安装橡元模拟

6、可以采用简化方式，即仅对塔墩的承台进胶条，采用消能装置缓冲承台碰撞以减少撞击能行了模拟，并且在承台底采用刚性约束．量．套箱的高度，保证任何水位下设计船型不与桩钢套箱的模拟与船舶的模拟相似，均为壳单基发生碰撞．元，与船舶碰撞相接触的单元尺寸基本与船首相青州航道桥塔墩承台防撞套箱总长约226．5当，其它部位的钢套箱单元划分单元尺寸则较大．m(内围壁)，平面长度9O．99m、宽度43．74m，高船一钢套箱一塔墩碰撞有限元分析模型见图2．考虑度8．5m，套箱厚度3．3m，局部3．1m．为了施工到中间强弱相间的加劲板有助于提高船首刚度，方便，套箱分为26分段，单个节段长度4～

7、11m．采用近似等效的方法，增加横隔板及外板的厚度节段问采用高强度螺栓连接；分段重量27～41t．以提高船首刚度．钢套箱与承台之间有很小的间板厚12mm，水平横隔板厚10mm，竖向横隔隙，使得钢套箱与承台在建模时为不共面的两个板、横肋板厚1O，12mm．节段连接板板厚20体．由于钢套箱与承台之间有锚固联接，钢套箱在rlln3，平板橡胶厚度4mm．平板橡胶件采用高强受到船舶撞击时，主要作水平向运动，因此，在钢度螺栓与防撞套箱连接．具体设计可参考青州航套箱的底部除横桥向为放松，顺桥向与竖向为固道桥塔墩承台防撞套箱设计文献．定约束．3有限元模型及工况3．1船一钢套箱一