橋墩遭受船舶撞擊的數值模擬法及其動態響應的研究＊

田 力 邱志雄

（1.天津大學建筑工程學院 天津 300072；2.天津大學土木工程結構與安全教育部重點實驗室 天津 300072；3.曼徹斯特大學機械航天與土木工程學院 英國 曼徹斯特M13 9PL）

在運輸繁忙的內河與沿海航道上，船舶碰撞橋梁的事故時常發生，造成橋梁和船舶的損傷。特別是近幾十年來，我國經濟迅猛發展，在城市化進程加速過程中，跨江、跨海大橋的大量興建，以及水運需求量的不斷增長使得各運輸水域的船舶通航量大幅度增加。這一系列的變化極大地方便了人們的生活，促進了社會的發展，但同時也使得船舶撞擊橋梁的事件發生的更加頻繁。

在研究船－橋碰撞問題時，獲得準確的碰撞力、變形等響應是研究的主要目的。由于橋梁配筋的復雜性，已有的數值模擬研究中的橋梁下部結構多采用整體式模型，通過提高混凝土的強度來考慮鋼筋的影響。為了更好的模擬船－橋碰撞的真實情況，筆者建立了分離式的橋梁下部結構模型，來分析不考慮流體影響、附加質量和流構耦合3種模型下橋墩在遭受船舶撞擊時的動態響應。

1 計算模型和材料

1.1 船舶模型

筆者參考了某內河航道3 000t散貨船的線型數據和結構形式建立了船舶的計算模型。建模時對船首部分進行了精細化建模，船身則近似按剛體處理，船首結構見圖1。計算中，取船舶的航速為4.5m／s。

圖1 船首有限元網格劃分與船首內部結構Fig.1 Finite element mesh of ship bow and its internal structrue

1.2 橋墩模型

參考了某鐵路橋梁建立了橋墩計算模型，其尺寸見表1，示意圖見圖2?！?br>