基于質量-彈簧模型的駁船-橋墩沖擊試驗

李志勇， 羅 征， 王銀輝， 李應根

(1.寧波市交通規劃設計研究院有限公司, 浙江 寧波 315000； 2.浙大寧波理工學院 土木工程建筑學院, 浙江 寧波 315000)

當代大量跨航道橋梁的建設惡化了船舶原有通航環境，船撞風險與日俱增，如何避免或減輕船舶與橋梁相撞的災難性后果成為了各國學術界、工程界及管理部門共同關注的問題。常規用于船撞橋梁動力響應分析的非線性接觸有限元方法[1]，將大量的工作投入到船舶精細化模型建立上，建模和計算效率低下，難以面向工程設計運用。

考慮到現有方法的局限性，有學者提出了基于質量-彈簧模型的簡化動力分析法，簡化模型以船舶為研究對象，如圖1所示，將船舶簡化為具有一定速度的單自由度質點，船艏與橋墩接觸撞擊相互作用則采用宏觀的非線性彈簧單元來表征，即船舶撞擊力-撞深(P-a)曲線，將簡化質量-彈簧模型與橋梁碰撞，進行結構動力響應分析。 經驗證此類簡化模型在評估遠離撞擊區的結構總體響應(如位移和內力)和非線性接觸數值模擬相差不大。近年來源于結構抗震的沖擊譜[2-3]或時程分析方法，如Consolazio等[4]提出的CVIA法(Coupled Vessel Impact Analysis),Cowan等[5]提出的AVIL法(Applied Vessel Impact Load History Method)及樊偉等[6]構建的簡化相互作用模型法,逐步向船撞安全領域推廣，上述方法無一例外地需要借助船舶撞擊力-撞深(P-a)曲線才能開展后期的動力分析。

圖1 基于非線性宏觀單元橋梁船撞動力體系

通過以上論述可以看出，實現基于質量-彈簧模型，橋梁船撞下的動力響應求解方法需要解決的關鍵在于確定船-橋相互作用非線性彈簧模型及相關彈簧參數。……