宋家欢

（核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

随着国家基础建设的迅猛发展，沿海地区的跨海大桥和内河航道上的跨江、跨河大桥的数量也在飞速的增长，使得船舶撞击桥墩的概率增大，从1960年到2014年，全世界共有36 座桥梁因船舶撞击而倒塌，共死亡321 人，每年约有1座桥梁受船舶撞击而倒塌，而性能优越的防撞装置将对桥梁起到良好的保护作用。

1 防撞装置的设计原则

防船撞装置的设计应满足如下原则：

（1）优异的防撞消能效果，消耗船舶动能，或者将船舶拨离桥墩，使船舶不能直接撞击桥墩，或将撞击力控制在安全范围内。

（2）实现多角度安全防护，并采用多级设防，内外层耗能结构刚柔相济，实现撞击能量的逐级消耗。

（3）防撞装置结构轻巧，占水域面积小，不影响航道交通通行。

（4）通过合理的结构、材料布置，尽量减少船舶的损伤。

（5）防撞装置制造、安装、维修经济方便。

2 某内河四级航道主墩船撞模拟

某内河航道为四级航道，设计桥梁结构形式为60m+80m+60m 连续刚构，需对主墩进行船撞分析。

（1）本文采用显式动力学软件LS-DYNA 模拟计算驳船撞击桥墩和防撞装置的过程。

（2）模拟采用DWT 为500 吨的驳船进行动力计算。

（3）为减少计算时间，简化桥墩，不考虑上部结构，但是传递上部荷载，撞击速度4m/s。

针对河道通行的具体特点，采取新型柔性防船撞装置进行防护，分别计算有防护装置和无防护装置下桥梁对撞击的响应。

桥梁防船撞装置的布置如下图所示。

图1 立面和平面布置图

3 数值仿真及结果对比

船撞计算过程和结果如下。

图2 撞击船舶和防撞装置有限元模型

图3 船撞裸墩

图4 船撞防撞装置

4 结论

采用LSDYNA桥墩进行船撞模拟分析发现：

（1）500t级内河驳船以4m/s的速度正撞无防撞装置的主桥桥墩，船首破损面积较大，瞬间撞击力较大，桥墩局部混凝土损坏较严重。

（2）500t级内河驳船以4m/s的速度正撞有防撞装置保护的桥墩，最大撞击力由23.1MN减小到13.7MN，减小了40.7%；撞击力持时由0.42s延长至1.2s，消耗了80%以上的船舶动能，船首完好，桥墩表面轻微损伤，简单修复即可恢复使用，说明新型防船撞装置对桥梁起到了良好的保护作用。