船舶撞击力的计算

桥墩撞击力计算方法及应用

1 概述

对船舶等撞击桥梁墩台进行专门研究, 合理确定防撞设计标准及配套的安全设施, 显得紧迫而必要, 具有重要的现实意义, 而合理确定撞击力, 则是防撞设计首要的环节和基础。船舶撞击力的选取是否恰当, 直接影响桥梁结构的安全性和桥梁方案的经济性。在船只碰撞事故中, 要确定船对桥梁结构的碰撞力是非常复杂的, 既取决于船舶特性和桥梁结构, 包括船舶类型、尺寸、速度、船体强度和刚度, 桥梁撞击部位尺寸、形状、质量和测向抗力特性, 还受碰撞环境、撞击力的偏心和水深影响。目前国内外对船舶撞击力虽有很多研究, 国内外的规范中也有相关规定, 但因撞击力计算是一个复杂的力学问题,国内外不同的规范所采用的方法不同, 计算结果相差也较大, 在实际应用中带来较大的困难。

2 撞击力计算方法简述

2.1 船舶碰撞击力学过程

经典力学中, 处理碰撞问题, 一般利用冲量定理和冲量矩定理来确定碰撞双方运动变化的关系, 以经验性的恢复系数k 来反映碰撞过程中机械能损失的程度, 其中相撞的两物体简化为质点, 未深究碰撞过程中的力的变化和量度以及具体材料抗冲击性、弹塑性及物体自身的结构组成问题。

然而桥梁下部结构与外物的碰撞过程远不像经典力学假设的“质点- 速度”系统那样简单。漂浮物或船只以初速度与桥墩台接触, 双

方碰撞的局部区域在瞬时冲击力下形成材料弹、塑性变形或脆性破坏; 接下来桥墩台发生弹性挠度变形并分别向上下传递, 导致上部结构与墩台顶部发生同步或异步位移, 地基土、岩体在瞬时作用下产生弹塑性变形; 接下来产生弹性变形的各部位依次恢复, 而塑性变形则仍然保留, 碰撞双方脱离开或是不再相互作用。这一过程时间短、速度快, 由于影吶因素繁多, 对撞击荷载的计算比较复杂。从工程角度而言,计算都趋于简单化, 省略掉次要因素。

2.2 目前常用的防撞荷载计算方法

( 1) 公路桥涵设计通用规范漂流物横向撞击力公式

F= WV/gT, 考虑了船舶吨位、飘流物速度及碰撞时间。

( 2) 铁路桥涵设计基本规范( TB10002.1- 2005) , 考

虑了撞击角度、船行速度、船舶吨位和碰撞体的弹性变

形情况F=γvsinαW

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