船桥碰撞效应数值分析及动力载荷模型

兰成坤，唐怀平

（西南交通大学力学与工程学院，成都 610031）

引言

随着船舶撞击桥梁事故的日益增多，桥梁抗撞性能研究和防撞装置设计在桥梁设计和运行管理中日益受到重视。要解决船桥碰撞问题，首先需要分析船桥碰撞效应机理，建立精确的船桥碰撞动力学模型，确定桥梁遭受的船舶碰撞力。目前，船桥碰撞效应研究方法主要分为静力计算方法、动力简化计算方法、高精度有限元计算方法［1］。各国桥梁设计规范中船撞力计算基本采用静力计算方法，将船桥碰撞力等效为静力载荷，如美国AASHTO规范［2］、我国《公路桥涵设计通用规范》［3］和《铁路桥涵设计基本规范》［4］等。也有研究人员依据试验或仿真结果建立船桥碰撞力的简化计算公式［5-9］，但由于船舶的构造形状及结构刚度的多样性，且通常忽略了动力效应对结构响应的影响，导致得到的计算公式之间具有较大差异。随着有限元分析技术的发展和应用，越来越多的学者［10-13］通过建立精细化仿真模型来解决船桥碰撞问题，此方法优点是精度较高，适用于各种复杂工况。动力简化方法是将船舶撞击作用简化为一个冲击力时间过程，主要基于精细化仿真计算结果建立船桥碰撞动力模型，是目前船桥碰撞问题的主要研究方向。陈颖［14］基于仿真分析碰撞力时程曲线，分别以碰撞力峰值一致、冲量一致作为边界条件，建立了矩形脉冲、正弦脉冲和三角形脉冲3种载荷模型，其中三角脉冲荷载模拟效果最好。……