船桥碰撞问题的研究

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1、船桥碰撞问题的研究摘耍：简要介绍日前船桥碰撞理论的研究方法，对现阶段研究方法进行了分析，论述现有方法的优点和局限，并指出完善和丰富船桥碰撞的理论和设计方法所需要进一步开展的研究方向。关键词：船桥碰撞；能量法；经验公式法Abstract:thisarticlebrieflyintroducestheshipcollisiontheoryresearchmethodofthebridge,thepresentstudymethodsanalysis,thispaperdiscussestheadvantagesandlimitationsofexistingme

2、thods,andpointsoutthattheperfectandrichshipsofthecollisionofthebridgeandthedesignmethodsoftheorytostudydirectionoffurtherdevelopment.Keywords:theshipcollisionbridge;Theenergymethod;Experienceformulamethod中图分类号：0313.4文献标识码：A文章编号：1概述船桥碰撞事故一般都是船舶直接撞击桥墩，从而引起桥梁整体性能降低，引发桥梁坍塌等破坏现象，桥墩的抗力性能

3、直接彩响桥梁整体反应效应，船桥碰撞中桥墩动力响应的研究是不可避免的，也是后续研究工作的基础。但是，目前対船桥碰撞理论研究不够，一方面在理论分析大多数基于传统碰撞理论，对船桥碰撞的力学模型研究不能反映实际情况（如未考虑桥墩柔度、摩擦和偏心碰撞等），另一方面，现行各国规范的设计标准并不统一，其计算出来的结果差异性较大。因此，深入开展船桥碰撞理论方面的研究，对减少船桥碰撞事故以及引发的严重后果具有重要的理论和现实意义。2船桥碰撞的研究方法早在1959年，美国的Minorsky教授［1］针对核动力军舰的设计、核电站的防护以及海洋结构物的防撞保护问题,研究了26起船-

4、船碰撞事件。Minorsky的研究工作主要是将船舶碰撞分为两个相独立的部分，即动能损失和结构损伤，并用统计分析方法将它们联系在一起。最后根据船舶碰撞事故统计分析结果，提出了变形的钢体积和吸收冲击能之间的一种线性关系，即著名的米诺斯基曲线。Minorsky的方法可估算船-船碰撞的抗力值或最大侵入度，被国际上认为利用解析法分析船-船碰撞的理论基础。因此，在船一船碰撞研究理论的基础上，近几十年來国内外学者致力于船桥碰撞的能量法、有限元法仿真法、试验法和经验公式法等方面的研究。2.1能量法能量守恒原理是自然界普遍存在的一个规律，应用能量守恒原理解决问题的方法称Z为能

5、量法。在撞击接触区的结构间将出现动态的撞击力，并同时发生接触区结构的屈曲、弹性或塑性变形、摩擦和破裂。根据能量守恒的观点，碰撞过程中消耗的船舶动能，由结构的弹塑性变形和结构破裂所吸收。2.2有限元仿真法在船桥碰撞的冇限元仿真分析屮，可以考虑相撞结构的本构关系，定义构件之间的碰撞接触面，在时域中计算每一步相撞结构的内力和变形，直至碰撞能量耗散。通过仿真计算，船舶与桥梁的接触、碰撞力、损伤变形、内部应力和能量吸收的时间丿力程可以完整重现，从而可以详细描述整个碰撞过程中的各种力学现象。严格来说，有限元方法只能是近似解，并且它不能够反映各变量之间的内在联系，而要获得

6、更加准确的有限元结果，除了准确运用现有的有限元理论外，述应从结构自身的理论体系加以研究，结构计算理论的成熟将会使有限元法更加完善。同时有限元法有庞大的离散未知量，它所花的机时和储存量大，不便于工程师在初步设计屮的应用。2.3试验法试验研究是船舶碰撞研究中一种不可缺少的手段，通过试验研究，不仅可以为理论分析和数值计算提供必要的指导，而一且可以验证理论分析和数值计算结果的正确性。船桥碰撞的试验可以直接测量船桥碰撞中的碰撞力、变形能随撞深的变化曲线。最好的方法是进行全尺度的船撞试验，但试验耗费昂贵，一般难以实施。通常都把缩尺模型作为研究船撞力的基本试验方法。2.4

7、经验公式法随着船桥碰撞理论的发展和试验研究的逐步深入，各国学者依据各自的研究成果给出了许多船撞力的简化计算公式，一些国家在制定桥梁设计规范时，参考了有关研究成果或进行了专题研究，提出了各自经验公式。(1)AASHTO规范公式美国的AASHTO规范［2］是综合考虑了Woisin等人的研究成果，给出了轮船船艄正撞时的设计船舶撞击力公式。该公式是在船船正撞刚性墙的基础上提出的，适用于油轮、货轮、散货船类型的船舶的船头止撞桥墩的情况。英计算公式如下(2-1)其中：一等效静态撞击力(MN)；—船舶的载重吨位(t)；—船舶的撞击速度(m/s)o(2)欧洲规范公式欧洲统一

8、规范Eurocode1［3］在综合考虑Heins-D