劉 滔 張博文 許明財(cái) 潘 晉

(湘潭市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司1) 湘潭 411100) (中國艦船研究設(shè)計(jì)中心2) 武漢 430064) (華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院3) 武漢 430074) (武漢力拓橋科防撞設(shè)施有限公司4) 武漢 430040) (武漢理工大學(xué)交通學(xué)院5) 武漢 430063)

0 引 言

隨著通航船舶與建設(shè)橋梁增加，船-船、船-橋之間的碰撞可能造成船體結(jié)構(gòu)的損傷，進(jìn)而造成人員傷亡和環(huán)境污染.根據(jù)143例橋梁垮塌事故原因的統(tǒng)計(jì)分析，由于船舶撞擊導(dǎo)致的各類大型橋梁垮塌事故約占據(jù)垮塌總數(shù)的30%[1].文獻(xiàn)[2-3]均將船舶撞擊橋梁事件按偶然載荷處理，導(dǎo)致在橋梁抗力設(shè)計(jì)中對于船撞偶發(fā)事故的安全余量不足.文獻(xiàn)[4]規(guī)定應(yīng)比較增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身抗撞能力和采用附加防撞設(shè)施兩種方案，宜采用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身抗撞能力的方案，方案不可行時(shí)可考慮增加防撞設(shè)施.因此，船舶和橋梁都面臨船舶撞擊的問題.

Wang等[5]采用了鋼絲圈來減小撞擊力的峰值，從而降低傳遞到橋墩上的撞擊力.潘晉等[6-7]設(shè)計(jì)了廣東崖門大橋的防船撞設(shè)施，并通過數(shù)值方法研究結(jié)構(gòu)的耐撞性.但傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)吸能效果差，當(dāng)撞擊在艙壁上和板上的撞擊力差別很大.而當(dāng)撞擊力對撞擊點(diǎn)很敏感時(shí)，該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性差，在特定位置的撞擊會(huì)有大于其他位置的撞擊力，影響結(jié)構(gòu)的耐撞性能，因此，有必要研究新形式的橋梁防撞設(shè)施，以提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性和耐撞性.Naar等[8]對于橫向沖擊下的Y形夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列的非線性數(shù)值模擬研究結(jié)構(gòu)的抗撞性能.Klanac[9]運(yùn)用數(shù)值方法分析了10種不同形式夾層結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)，研究結(jié)果表明夾層結(jié)構(gòu)具有良好的耐撞性能,因此，許明財(cái)?shù)萚10]把夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于橋墩防撞設(shè)施，通過數(shù)值仿真結(jié)果表明雙層結(jié)構(gòu)比單層有更好的吸能和緩沖效果，而且撞擊力對撞擊點(diǎn)位置不敏感.

由于橋梁防撞設(shè)施是通過自身的變形和失效來吸收動(dòng)能，破壞損傷機(jī)理比較復(fù)雜，因此有必要開展試驗(yàn)為數(shù)值仿真模擬提供校準(zhǔn)數(shù)據(jù).Amdahl等[11]進(jìn)行了一系列模擬船舶擱淺的試驗(yàn)研究Y形夾層結(jié)構(gòu)的抗撞性.Rubino等[12]采用試驗(yàn)和有限元模擬方法對不同邊界條件下的小尺寸度波紋型夾層梁結(jié)構(gòu)在沖擊下的彎曲力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了研究.Tabri等[13]進(jìn)行了Y形與X形夾層結(jié)構(gòu)的沖擊試驗(yàn)，并與傳統(tǒng)的雙層舷側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較.

全尺寸試驗(yàn)?zāi)軌颢@得實(shí)際結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，但試驗(yàn)難度和成本較高.而經(jīng)常用于沖擊試驗(yàn)的落錘試驗(yàn)機(jī)主要適用于小尺寸的試樣，而當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞?huì)使得其結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)與實(shí)際結(jié)構(gòu)差別較大.目前針對采用非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大尺寸的橋梁防撞設(shè)施夾層結(jié)構(gòu)的沖擊試驗(yàn)研究相關(guān)文獻(xiàn)較少，因此本文采用了一種能夠開展大比例模型的沖擊試驗(yàn)裝置，其主要特點(diǎn)是能夠較簡單地避免二次撞擊，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大尺寸Y形夾層結(jié)構(gòu)的沖擊試驗(yàn)，通過試驗(yàn)結(jié)果分析Y形夾層結(jié)構(gòu)在不同沖擊位置下的響應(yīng)，為橋梁防撞夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供試驗(yàn)數(shù)據(jù).

無論是達(dá)爾克羅茲音樂教學(xué)法，還是奧爾夫音樂教學(xué)法，都提倡即興音樂創(chuàng)作能力的培養(yǎng)。良好的即興音樂能力源于扎實(shí)的音樂基本素養(yǎng)和對音樂的理解與審美。琴童不是練習(xí)鋼琴的工具，所有的練習(xí)、演奏都必須以“思”為核心。會(huì)思考音樂的兒童，必然是愛音樂的，同時(shí)也會(huì)在學(xué)琴過程中體驗(yàn)到美和快樂。[7]情境教學(xué)“五要素”中提倡“以發(fā)展思維為核心，著眼創(chuàng)造性”，這與正確的兒童鋼琴學(xué)習(xí)觀不謀而合。教師可以在教學(xué)過程中適時(shí)創(chuàng)設(shè)情境，以“情境”促思考，培養(yǎng)兒童獨(dú)立分析鋼琴作品和音樂創(chuàng)編的能力；以“情境”養(yǎng)習(xí)慣，潛移默化地培養(yǎng)兒童良好的性格和鋼琴學(xué)習(xí)習(xí)慣。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試樣設(shè)計(jì)

試驗(yàn)試樣主尺度尺寸主要參考文獻(xiàn)[10]所設(shè)計(jì)的實(shí)際防撞設(shè)施，總長度為2 300 mm，板厚3 mm，見圖1.

圖1 夾層結(jié)構(gòu)尺寸及撞擊點(diǎn)

球形撞頭的直徑根據(jù)文獻(xiàn)[13]的全尺寸船撞試驗(yàn)中船首尺寸的7.5%確定，撞頭質(zhì)量為150 kg、直徑為120 mm.撞頭接觸試樣前的速度由試樣抬起的初始高度控制.在四個(gè)試樣上進(jìn)行了三個(gè)不同位置的撞擊試驗(yàn).撞擊點(diǎn)的位置見圖1b)，撞擊點(diǎn)1位于面板的中間位置，撞擊點(diǎn)2和撞擊點(diǎn)3位于腹板和面板的連接處.通過加速度傳感器獲得的加速度時(shí)間歷程，并用高速攝像機(jī)獲得撞頭的速度時(shí)間歷程，結(jié)合加速度時(shí)間歷程判斷撞頭與夾層板開始接觸的時(shí)刻，進(jìn)而取得撞擊的初始速度，見表1.

圖2中試樣由四根立柱，兩根橫梁組成的框架固定.試樣用螺栓固定在橫梁上，橫梁與立柱之間也由螺栓聯(lián)結(jié)，立柱則由方頭螺栓結(jié)合地槽固定在地面上.地槽間距為1 m，可以通過移動(dòng)一組立柱滿足不同試樣長度的要求.橫梁底端到地面距離為3 m，高于擺桿軸線高度，撞頭垂直撞擊試樣.為了進(jìn)行大尺寸Y形夾層結(jié)構(gòu)的橫向沖擊，本試驗(yàn)把試驗(yàn)試樣水平放置，撞擊錘被提升到高于擺桿軸線的位置釋放，撞擊錘在重力作用下轉(zhuǎn)過大于180°的角度，撞擊到試樣下方.擺桿轉(zhuǎn)軸由中間嵌有軸承的方板用螺栓固定在門形架上，其到地面距離為2.6 m，高于安裝撞頭和配重后的擺桿總長，防止試驗(yàn)過程中配重塊摩擦地面.擺桿部件的長度為2 m，擺桿轉(zhuǎn)軸中心到撞頭軸線的距離為2.25 m.

1.2 試驗(yàn)裝置

預(yù)注漿法適用于裂隙發(fā)育的溶洞，當(dāng)注漿時(shí)發(fā)現(xiàn)漏漿嚴(yán)重時(shí)，可以考慮采用快凝水泥漿液進(jìn)行封堵，或采用間歇注漿方式，以減少漿液不必要流失。預(yù)注漿法適用于少量填充物或無填充物溶洞處理，對于全填充型溶洞，注漿漿液難以擴(kuò)散，處理效果不佳。

圖2 試驗(yàn)裝置布置

急性肺栓塞發(fā)病突然，患者易焦慮、恐懼，護(hù)士應(yīng)及時(shí)告知患者疾病相關(guān)治療，做好解釋及安慰，及時(shí)解決患者疑問及困難，解除其恐懼心理，順利度過危險(xiǎn)期。

常見的沖擊試驗(yàn)裝置，以沖錘運(yùn)動(dòng)方式作區(qū)分，可以分為擺錘式和落錘式兩種.在試驗(yàn)前對豎直擺錘進(jìn)行數(shù)值模擬，碰撞速度設(shè)置為6 m/s，發(fā)現(xiàn)撞頭在沖擊過程中不會(huì)穿透試樣，在首次撞擊回彈之后脫離試樣后，撞頭速度大于2 m/s，會(huì)出現(xiàn)二次撞擊.雖然現(xiàn)有的部分落錘試驗(yàn)機(jī)有阻擋或鎖止機(jī)構(gòu)以防止撞頭的二次撞擊，但這類設(shè)備主要應(yīng)用于材料性能試驗(yàn)，可以選擇的試驗(yàn)試樣尺寸相對較小，無法滿足2.3 m長夾層結(jié)構(gòu)的橫向沖擊要求.水平擺錘式試驗(yàn)裝置的簡單結(jié)構(gòu)與擺錘的運(yùn)動(dòng)路徑見圖2.

撞頭的提升由一臺安裝在門型架頂端的電動(dòng)絞車完成，其位置見圖3.考慮到應(yīng)盡量保證撞頭垂直撞擊試樣，應(yīng)設(shè)置為在擺桿平行于地面時(shí)撞頭開始于試樣接觸(試樣板面同樣平行于地面).絞車的掛鉤下掛一個(gè)電磁鐵，提升時(shí)電磁鐵吸附于連接在擺桿上的一塊金屬板，帶動(dòng)擺桿上升.使用一個(gè)激光測距儀測量撞頭提升后到地面的高度.試驗(yàn)過程中撞頭的釋放同樣依靠電磁鐵完成，使用布置在地面的開關(guān)切斷電磁鐵供電，在撞頭和擺桿重力作用下磁鐵會(huì)和金屬板脫離，擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)直到撞頭打擊試樣.根據(jù)動(dòng)能守恒原理，如果擺錘水平放置，完成第一次撞擊后由于重力作用不會(huì)第二次撞擊試樣.但當(dāng)擺錘初始較高時(shí)，擺錘第一次撞擊試樣后仍有一定動(dòng)能，如果不控制擺錘的運(yùn)動(dòng)，擺錘有可能二次撞擊試樣.在門架底部的地面上放置了與重物聯(lián)結(jié)的繩索作為攔阻索，撞擊后當(dāng)擺桿回落通過門架底端時(shí)用輕質(zhì)繩索將攔阻索拉起，攔阻索掛到撞頭上，撞頭帶動(dòng)重物在地面拖動(dòng)以達(dá)成減速的目的，從而避免二次撞擊.

圖3 電動(dòng)絞車和吸附電磁鐵

1.3 工況設(shè)置

試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀蓨A層結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)兩部分組成.長度方向兩端設(shè)置支撐，在夾層結(jié)構(gòu)部分沒有其他的橫向構(gòu)件.夾層結(jié)構(gòu)長度方向兩端布置的板厚為12 mm的箱型結(jié)構(gòu)，用于將試樣固定在橫梁上，夾層結(jié)構(gòu)面板延伸到支撐結(jié)構(gòu)上并沿面板邊緣與支撐結(jié)構(gòu)焊接固定.支撐結(jié)構(gòu)上開有用于固定試樣的螺栓孔，螺栓孔被加工成長圓孔避免加工誤差造成安裝困難的問題..

綜上所述，在高?；@球運(yùn)動(dòng)發(fā)展的過程當(dāng)中，如何解決當(dāng)前存在的問題，是推動(dòng)高校體育教師培養(yǎng)學(xué)生籃球運(yùn)動(dòng)發(fā)展最根本性的內(nèi)容。因此，切實(shí)的從高校體育教師培養(yǎng)學(xué)生籃球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展角度出發(fā)，對現(xiàn)存的問題進(jìn)行解決，具有發(fā)展性的意義。

表1 試驗(yàn)工況

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

拉伸試驗(yàn)儀器為加載范圍為±100 kN的INSTRON試驗(yàn)機(jī).板材的力學(xué)性能通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)獲得，試驗(yàn)環(huán)境為室溫23 ℃、濕度為55%.進(jìn)行5個(gè)試件的拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)段的長度、寬度和厚度的平均值分別為62.68 ，20.10和2.97 mm，拉伸速度為5.0 mm/min.試驗(yàn)中記錄試件的載荷-位移關(guān)系，并轉(zhuǎn)換成應(yīng)力-應(yīng)變曲線，見圖4.

圖4 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

通過加速度傳感器獲取的加速度時(shí)間歷程見圖5，并根據(jù)加速度時(shí)間歷程采用牛頓第二定律計(jì)算撞擊力.撞深數(shù)據(jù)則從高速攝像機(jī)輸出的結(jié)果中取得.工況1和工況2的撞深-力曲線很接近，說明當(dāng)撞擊點(diǎn)在板上時(shí)，結(jié)構(gòu)響應(yīng)對撞擊點(diǎn)的不是很敏感.但仍然存在偏差，主要是由夾層結(jié)構(gòu)的加工、撞擊點(diǎn)和擺桿提升高度等誤差引起.工況3的撞擊點(diǎn)是在夾層結(jié)構(gòu)腹板上，其最大撞擊力與工況1和工況2相差不大，說明該結(jié)構(gòu)的撞擊力主要取決于整體剛度.由于板的橫向剛度小，撞擊在板上的撞深遠(yuǎn)大于撞擊在腹板位置.工況3和工況4的撞擊點(diǎn)都是腹板與面板的連接處，但工況4比工況3的撞擊力小8%.主要是由于在進(jìn)行工況4試驗(yàn)時(shí)由于擺桿位置的偏差照成撞頭產(chǎn)生偏移，見圖6.工況3和工況4的結(jié)果差異說明當(dāng)撞擊點(diǎn)在腹板上時(shí)，撞擊位置精度對試驗(yàn)結(jié)果影響很大，該系統(tǒng)在撞擊點(diǎn)精度方面還需要提高.由于橋梁防撞結(jié)構(gòu)主要關(guān)心傳遞到橋墩上的撞擊力，而撞擊在面板和腹板上的撞深差別很大，但撞擊力差異卻很小.因此如果Y形夾層結(jié)構(gòu)用于橋梁防撞設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該主要考慮整體剛度.

圖5 結(jié)構(gòu)響應(yīng)

圖6 沖擊后的變形

3 結(jié) 束 語

文中采用一種可以防止二次撞擊的大尺寸模型橫向撞擊試驗(yàn)系統(tǒng)，并使用球形撞頭進(jìn)行了Y形夾層結(jié)構(gòu)的橫向沖擊試驗(yàn).當(dāng)球形撞頭的撞擊點(diǎn)在板上時(shí)，結(jié)構(gòu)響應(yīng)對撞擊點(diǎn)的敏感性較低，撞擊點(diǎn)偏離面板中部預(yù)計(jì)位置時(shí)撞擊響應(yīng)區(qū)別不大.球形撞頭的撞擊點(diǎn)在腹板上時(shí)，撞擊位置對撞擊響應(yīng)影響較大.撞擊在面板和腹板上的撞深差別很大，但最大撞擊力差異卻很小，說明該結(jié)構(gòu)的最大撞擊力主要取決于整體橫向剛度.由于橋梁防撞結(jié)構(gòu)主要關(guān)心傳遞到橋墩上的撞擊力，因此如果Y形夾層結(jié)構(gòu)用于橋梁防撞設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該主要考慮整體剛度.Y形夾層結(jié)構(gòu)的最大撞擊力對撞擊位置不敏感，變化小.當(dāng)采用該結(jié)構(gòu)形式所設(shè)計(jì)的防船撞結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)健性和耐撞性.