船与墩撞击力实验室与研究和实船试验与数值模拟比较.pdfVIP

54卷增刊2 中 国 造 船 V01．54 2 Special 2013年11月 SHIPBUILDINGOFCHINA NOV．2013 文章编号：1000-4882(2013)$2．0507．10 船与墩的撞击力实验室研究和 实船试验与数值模拟比较 陈国虞1，倪步友1，李玉节2，杨黎明3 (1．上海海洋钢结构研究所，上海201204； 摘要 运用理论推导、实验和数值计算这三种方法对铁路规范中船撞力公式的动能折减系数进行了研究。在 我国铁路桥梁规范中列入的船撞力公式F=yVsin州聊(Cl+c2)】05中，考虑了撞击系统中各物体的刚度， 比较符合冲击动力学的原理。公式中的动能折减系数Y，规范推荐选用0．2和0．3。试验中，将钢对钢面接触、 钢对钢线接触、钢对混凝土面接触以及钢对橡胶接触这4种情况进行了测定，得到钢对钢面接触时(背面有 防撞元件一对应于高效的防撞装置)系数y比较高的结论(最高可达0．8左右)，建议在修订规范时，进行全 面的设计试验，以测定之。还对专门建造的桥墩进行了实船撞击的试验，并将试验测得的力与数值模拟计 算的结果进行比较。研究结果已用于指导4座大桥的20个桥墩的防撞装置的设计，其中12个桥墩的防撞装置 已经建造。研究结果对船舶及海洋工程领域的结构物设计也有一定参考价值。 关 键 词：桥梁； 铁路桥梁规范；船撞桥的力；动能折减系数；试验研究 0引言 20世纪60年代后，由于行驶于跨桥梁的航道上的船愈来愈大、愈来愈多、愈来愈快，因而船撞 桥的事故日渐被工程界重视。为防止船撞桥墩和船撞桥梁的下弦，人们曾经设置过多种主动和被动的 防撞设施。因此，在设计桥梁的开始阶段，估算船撞桥的力，以便算出多大的桥墩能够不被撞塌，同 时算出相撞时船的破坏情形、货物外泄数量、环境污染程度等。为了给跨航道桥梁的设计者在选定桥 型、讨论航道中设置桥墩与否提供依据；早期利用半经验公式简单地估算船撞桥的力，是必须的、有 用的。 1 船与桥墩的撞击力的5个半经验公式 采用双变量和多变量公式。国内外多在冲击能量原理或冲量原理的经典公式中加上经验系数，形成半 经验公式；其中，中国铁路规范公式计及撞击系统中各物体的刚度，体现了冲击动力学的基本观点…。 这些半经验公式中使用较多的有以下5个。 (1)我国铁路规范公式 该公式原来只有C。和c2两个系数，当在桥墩周围增加防撞装置情况下，可将防撞装置的弹性变 形系数定义为C3；该式修订后[5】，墩台承受船只或排筏的撞击力可表达为 F=)，Vsina【聊(cl+C2+C3)】o．5 (1) 式中，F为撞击力，kN；y为动能折减系数，s／m(当船只或排筏斜向撞击墩台、船只或排筏驶向与撞 508 中 国 造 船 学术论文 击点处墩台面法线方向不一致时，可用0．2；当正向撞击墩台、船只或排筏驶向与撞击点处的墩台面 法线方向一致时，可用0．3)；V为船只或排筏撞击墩台时的速度，m／s(该速度对于船只采用航运部 门提供的数据，对于排筏采用运送排筏的水流速度)；0[为船只或排筏驶向与墩台面撞击点切向构成 的夹角，应根据具体情况确定，如有困难，可采用a=20。；形为船只重(或排筏重)，kN；C1、C2、 C3分别为船只(或排筏)的弹性变形系数、墩台的弹性变形系数和防撞装置的弹性变形系数，m／kN； (2)我国公路规范公式 漂流物撞击力可按下式估算： P=∥y／(gT、 (2) 式中，P为漂流物撞击力，kN；W为漂流物重力，kN(应根据河流中漂流物情况，按实际调查确定)； V为水流速度，m／s；T为撞击时间，S， (应根据