船撞桥数值模拟分析船撞桥数值模拟分析 摘要：利用 LS-DYNA 有限元程序建立计算模型，基于显式非线性有限单元法，选用 HJC 动态本构模型对一艘 500t 级的驳船撞击桥墩的过程进行了一系列动态数值模拟讨论。计算分析了不同撞击方向和不同桥墩形状时，船舶与桥墩的撞击力时程，能量转换，桥墩的损伤形态以及冲击响应的一般规律，结果与理论计算吻合较好。从而为同类桥梁设计、维护和损伤评估等提供理论上的支持。 关键词：船撞桥；撞击力；HJC 动态本构模型；数值模拟 中图分类号：R185 文献标识码： A 1、引言 1965 年-1989 年期间，世界范围内平均每年都会有灾难性的船撞事故发生。这些事故造成 100 多人死亡，巨大的经济损失，运输服务损失和其他损害赔偿。1980 年，美国弗罗里达州的坦帕湾上的阳光高架桥在一次船撞事故中的倒塌，从此船舶碰撞设计标准在美国桥梁进展史上便出现了一个重要的转折点，穿越航道的桥梁安全问题出现了，世界上许多国家开始了讨论船舶碰撞的问题[1]。在科学技术和经济飞速进展的今日，我国桥梁的建设进入了一个新的进展时期。跨越通航江河、海峡的大型桥梁数量越来越多，船舶尺寸和排水量逐渐趋于大型化，桥梁遭受船舶撞击而致损坏或倒塌的重大事件也逐年增长[2]。因此，船撞是一个不容忽视的问题。目前国际范围内的相关设计法律规范中均将船撞问题简化为静力问题处理，这在合理性方面存在较大的缺陷[3]。近年二十几年来，仿真分析的方法在桥梁碰撞讨论中得到了广泛的应用。本文正是在这种背景下进行了船撞桥梁的碰撞模拟分析。 2、计算模型 本文选用的驳船基本尺寸如表 1 所示，同时选用两种不同形状的桥墩 A 和 B 作对比分析，桥墩的基本尺寸分别如表 2 和图 1 所示。 表 1 驳船的主要尺度 图 1 桥墩 B 墩底截面尺寸 驳船与桥墩的有限元模型见图 2-图 4。由于在碰撞过程中船首是碰撞和吸能的关键部位并且需要表达复杂的变形模式，所以对船艏采纳特别精细的网格。模型的最小单元长度控制在 50mm 左右。船首的各层甲板、舱壁板、肋板等采纳壳单元 SHELL163 模拟。由于在整个撞击过程中，只有船艏与桥墩碰撞接触，船体中后部因远离撞击区，仅提供刚度和质量的影响，因此将船体中后部简化为刚体，通过调整板的几何尺寸和材料密度，使整船的重量和重心的位置与实船相符。船头材料为低碳钢，采纳能够考虑应变率对材料屈服强度影响的双线性塑性随动模型。船舶的航行速度为 3...
