水平冲击下防撞装置的试验及有限元研究

宗莉娜，方 海，周 辉

(1.江苏城市职业学院 建筑工程学院，江苏 南京210036；2.南京工业大学 土木工程学院，江苏 南京211816)

0 引言

船舶撞击事故屡见不鲜，尤其对于大型的船舶和桥墩而言，在发生碰撞后会使船舶沉没和桥墩受损，造成严重的经济损失和社会安全问题[1-2]。因此，从20世纪60年代末起，相关人员就开始对船桥相撞问题开展了研究，但由于桥梁防撞涉及到多种学科，情况复杂、研究难度大。我国研究学者从20世纪90年代开始对桥梁防撞展开研究[3-5]。目前，主要通过对桥梁设置防撞措施(如钢套箱、人工岛、防护板系统浮动保护系统等)来避免或减低船舶撞击后产生的撞击力。此方法可以有效保护桥墩和船舶的安全。

近年来，大型桥梁的桥墩使用一种新型的复合材料装置[6-9]。这种新型的防撞装置的特点是其外壁与内置格构均由玻璃钢复合材料加入聚酯纤维构成，内部填充一定数量的聚氨酯泡沫。在船舶撞击时，主要通过内部填充的聚氨酯泡沫压缩变形耗能，达到减小船舶撞击力的效果。本文拟采用试验及有限元方法对格构增强复合材料桥梁防撞装置的水平抗冲击性能进行研究。

1 复合材料防撞装置试验方法

1.1 构件设计

本次水平冲击试验中桥墩截面尺寸0.3 m×0.5 m，高1.5 m，混凝土等级C40，纵筋为10根Φ10 mm，箍筋为Φ6 mm，箍筋间距及加密区范围见图1。试验时采用刚性小车模拟船舶。小车质量为1.5 t，每次以4.1 m/s的速度进行水平冲击。

图1 桥墩模型尺寸图(单位：mm)

构件制作流程如下：

(1)将聚氨酯泡沫发泡成型。……