船撞桥梁下部结构撞击力研究

熊 茜，刘 玉

(机械工业第三设计研究院，重庆 400029)

近年来船撞桥的事故时有发生，这类事故往往导致船沉、桥塌、人亡，水陆交通堵塞及环境污染等严重的社会和经济问题。船撞桥的力学研究涉及到船舶结构、桥梁结构、船型、撞击速度、撞击角度、水流速度、航道水深等多种因素。目前，国内外关于撞击力的研究大都基于经验实验法和数值解析法，由于实验的昂贵和数值解析的简化，得出的结果很难具有代表性。对于同一模型，按各国规范公式得出的结果相差很大。因此，深入研究船撞桥撞击力的大小，进而在大跨径跨江跨河桥梁设计、防撞设施设计、桥梁维修等过程中进行正确考虑，是一个重要的有应用价值的课题。

笔者基于精细化有限元模型，考虑影响撞击力因素中最代表性的速度和质量，运用ANSYS/LSDYNA软件计算不同吨位、不同速度的船舶与桥梁下部结构碰撞的结果，归纳得出简化的撞击力计算公式，希望能为该研究方向或工程设计提供一定的参考。

1 有限元模型

船桥碰撞过程是复杂的非线性动力响应过程，船的形状也直接影响到撞击力的大小，完全考虑船舶的形体对建模有相当高的要求，况且需要大量的计算时间。为了减少建模时间和计算时间，此处对模型进行了简化处理。

1.1 船舶有限元模型

由于船艏是撞击的直接作用区域，船艏的变形和破坏直接影响撞击力的大小，所以按实际船舶结构形式建立船艏模型;而船身和船尾远离撞击区域，实际撞击过程中也没有较大变形和破坏，所以本模型对船身和船尾进行简化［1］:用简单规则刚体模型代替后面复杂的模型，合理设计其形状和密度，使得整体模型与实际船舶质量相等、质心位置相同。……