內河橋梁防船撞裝置研究

宋家歡

（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著國家基礎建設的迅猛發展，沿海地區的跨海大橋和內河航道上的跨江、跨河大橋的數量也在飛速的增長，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，而性能優越的防撞裝置將對橋梁起到良好的保護作用。

1 防撞裝置的設計原則

防船撞裝置的設計應滿足如下原則：

（1）優異的防撞消能效果，消耗船舶動能，或者將船舶撥離橋墩，使船舶不能直接撞擊橋墩，或將撞擊力控制在安全范圍內。

（2）實現多角度安全防護，并采用多級設防，內外層耗能結構剛柔相濟，實現撞擊能量的逐級消耗。

（3）防撞裝置結構輕巧，占水域面積小，不影響航道交通通行。

（4）通過合理的結構、材料布置，盡量減少船舶的損傷。

（5）防撞裝置制造、安裝、維修經濟方便。

2 某內河四級航道主墩船撞模擬

某內河航道為四級航道，設計橋梁結構形式為60m+80m+60m 連續剛構，需對主墩進行船撞分析。

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

（2）模擬采用DWT 為500 噸的駁船進行動力計算。

（3）為減少計算時間，簡化橋墩，不考慮上部結構，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，采取新型柔性防船撞裝置進行防護，分別計算有防護裝置和無防護裝置下橋梁對撞擊的響應。

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 數值仿真及結果對比

船撞計算過程和結果如下。

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 結論

采用LSDYNA橋墩進行船撞模擬分析發現：

（1）500t級內河駁船以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重。

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