1.1目的及意义

近年来，随着经济和科学技术水平的持续提高，交通运输业蓬勃发展，船舶数量不断变多，排水量越来越大，航速越来越快。同时，公路和铁路里程也在突飞猛进的增长。在建设过程中，由于江河、海峡、峡谷等众多特殊地形的存在，桥梁的架设成为跨越这些的不二选择，这些使跨江和跨海桥梁的建设进入到一个新的阶段。据统计，位于通航河道上的桥梁，占桥梁总数的10%左右。对于快速发展的水上交通来说，桥梁无疑已经成为一种障碍物。桥梁的建设一方面缩窄了航道，另一方面对桥区的通航条件也会产生较大的影响。二者的发展，使得船舶撞击桥梁的灾难性事故日益增多，运输安全问题日益突出。国际上，IABSE(国际桥梁结构与结构工程协会)作了一些相关的统计，统计资料显示，从19世纪60年代初至19世纪末，全世界有大型桥梁约29座是由于船桥碰撞事故而坍塌，死亡人数多达321人。目前，船桥碰撞问题已经引起了广泛的关注。

船桥碰撞的问题越来越多，后果也越来越严重，己经得到了越来越多的重视。船桥碰撞是一个很复杂的科学问题，因为它涉及到桥梁工程、碰撞力学，而且还涉及到船舶结构力学、水运等学科。另一方面，船桥碰撞中，除了碰撞的速度和角度外，还存在着诸如材料非线性、几何非线性、接触非线性和运动非线性等现象。

然而，目前世界上，各国的关于船桥碰撞力的规范及公示，都是根据经验提出来的，都有很多的局限性。我国交通方面的安全保障部门在桥梁防撞方面采取了许多的安全措施，但是一直没有得到充分的重视，也缺乏专门的设计规范或者指南提供给桥梁工程师们使用。并且在公路桥梁设计规范中，相应的条款过于简单，设计的船撞力太低，几乎不会对桥梁设计产生什么影响，这与实际的情况不相符。随着我国修建在江河上的桥梁数目越来越多，以及船运事业的发展越来越快，特别是随着跨海峡桥梁的不断规划与建设，船与桥之间的矛盾变得越来越突出，船舶撞击桥梁问题的重要性慢慢地显现出来了，迫切需要我国的桥梁工程师们去做进一步研究并加以解决。

由于船舶撞击桥梁的复杂性，部分研究为简化计算，将桥梁视为刚性结构，忽略了碰撞过程中桥梁响应及桩土相互作用的影响，这将导致桥梁船撞力确定的不准确性。无法对桥梁船撞力的进行准确的分析，将导致桥梁防撞设计标准的不合理性。本文拟对桥墩结构进行精细化建模，并采用不同方法对碰撞过程中桩土的相互作用进行模拟，计算出桥梁船撞响应，与现有研究及规范计算结果进行对比，为桥梁船撞设计规范提供参考。

1.2国内外研究现状

目前，关于船桥碰撞问题的研究，国外己经取得了很多成就。现在，世界上普遍公认的理论有，米诺斯基碰撞理论、沃辛碰撞理论、汉斯一德鲁彻理论以及能量交换原理四种经典理论。美国的米诺斯基研究了26起船和船的碰撞事故，然后根据它们统计分析的结果，得出了变形的刚体积和吸收冲击能之间的一种线性关系，提出了著名的米诺斯基曲线，该曲线主要说明的是刚体积变形情况和冲击能吸收之间的线性关系。在米诺斯基碰撞理论的基础上，德国学者沃辛充实和发展了米诺斯基理论，并将其应用于船舶对桥墩的撞击问题。

随后，为了预防桥梁受到船舶的撞击，汉斯和德鲁彻教授进行研究后，将船舶撞击桥墩及其防撞设施的整个过程等效成为一个弹簧质量体系，从而计算出碰撞过程中桥墩或者防护系统受到碰撞后的最大位移，以及船舶撞击时的最大碰撞力、最大加速度和整个碰撞过程所经历的时间。Petersen运用外部碰撞动力学研究了二维情况下的船舶碰撞运动过程。

我国在船桥碰撞方面的研究晚于国外，20世纪90年代开始来越多的学者致力于船桥碰撞问题的研究当中。

我国对于船桥碰撞作用也提出了相关的规范，1999年出颁的《铁路桥涵设计基本规范》中给出了墩台承受船只、竹筏撞击力的计算公式，但相应的条款过于简单，致使公式中部分系数值的大小不好确定；2004年出版的《公路桥涵设计通用规范》将船舶碰撞作为偶然荷载提出，撞击情况也分成内河船舶和海轮两种，再根据内河航道等级、船舶吨级、横桥向撞击作用和顺桥向撞击作用分别给出不同的设计碰撞力。