宋家歡

（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，沿海地區(qū)的跨海大橋和內(nèi)河航道上的跨江、跨河大橋的數(shù)量也在飛速的增長，使得船舶撞擊橋墩的概率增大，從1960年到2014年，全世界共有36 座橋梁因船舶撞擊而倒塌，共死亡321 人，每年約有1座橋梁受船舶撞擊而倒塌，而性能優(yōu)越的防撞裝置將對橋梁起到良好的保護(hù)作用。

1 防撞裝置的設(shè)計(jì)原則

防船撞裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下原則：

（1）優(yōu)異的防撞消能效果，消耗船舶動(dòng)能，或者將船舶撥離橋墩，使船舶不能直接撞擊橋墩，或?qū)⒆矒袅刂圃诎踩秶鷥?nèi)。

（2）實(shí)現(xiàn)多角度安全防護(hù)，并采用多級設(shè)防，內(nèi)外層耗能結(jié)構(gòu)剛?cè)嵯酀?jì)，實(shí)現(xiàn)撞擊能量的逐級消耗。

（3）防撞裝置結(jié)構(gòu)輕巧，占水域面積小，不影響航道交通通行。

（4）通過合理的結(jié)構(gòu)、材料布置，盡量減少船舶的損傷。

（5）防撞裝置制造、安裝、維修經(jīng)濟(jì)方便。

2 某內(nèi)河四級航道主墩船撞模擬

某內(nèi)河航道為四級航道，設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)形式為60m+80m+60m 連續(xù)剛構(gòu)，需對主墩進(jìn)行船撞分析。

（1）本文采用顯式動(dòng)力學(xué)軟件LS-DYNA 模擬計(jì)算駁船撞擊橋墩和防撞裝置的過程。

（2）模擬采用DWT 為500 噸的駁船進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算。

（3）為減少計(jì)算時(shí)間，簡化橋墩，不考慮上部結(jié)構(gòu)，但是傳遞上部荷載，撞擊速度4m/s。

針對河道通行的具體特點(diǎn)，采取新型柔性防船撞裝置進(jìn)行防護(hù)，分別計(jì)算有防護(hù)裝置和無防護(hù)裝置下橋梁對撞擊的響應(yīng)。

橋梁防船撞裝置的布置如下圖所示。

圖1 立面和平面布置圖

3 數(shù)值仿真及結(jié)果對比

船撞計(jì)算過程和結(jié)果如下。

圖2 撞擊船舶和防撞裝置有限元模型

圖3 船撞裸墩

圖4 船撞防撞裝置

4 結(jié)論

采用LSDYNA橋墩進(jìn)行船撞模擬分析發(fā)現(xiàn)：

（1）500t級內(nèi)河駁船以4m/s的速度正撞無防撞裝置的主橋橋墩，船首破損面積較大，瞬間撞擊力較大，橋墩局部混凝土損壞較嚴(yán)重。

（2）500t級內(nèi)河駁船以4m/s的速度正撞有防撞裝置保護(hù)的橋墩，最大撞擊力由23.1MN減小到13.7MN，減小了40.7%；撞擊力持時(shí)由0.42s延長至1.2s，消耗了80%以上的船舶動(dòng)能，船首完好，橋墩表面輕微損傷，簡單修復(fù)即可恢復(fù)使用，說明新型防船撞裝置對橋梁起到了良好的保護(hù)作用。