1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1选题背景、意义

据国内外海事、航道部门的相关调查资料表明，船舶撞击桥梁是航道上桥梁倒塌的重要原因之一，且后果严重，造成陆上交通中断，航道受堵，人员伤亡。在1970～1974年间，美国内河上发生了811起船撞桥事件，损失了2 300多万美元。由国际航海协会常务会议PIANC(Permanent International Assoeiationof Na~gatbn Congresses)第l9工作组所建立的船撞桥国际数据库中包含了151起事故，主要包括发生在北欧国家、日本、美国、德国、英国、法国、比利时和荷兰的船撞桥事故^[1]。据统计，在1960～1993年的33年中，全世界因船撞桥而导致损毁的大型桥梁已达29座，其中美国15座，死亡人数为321人。美国的阳光大桥、澳大利亚的塔斯曼大桥等都在被船撞塌后重建^[2]。随着我国河海航运量不断加大、船舶吨位和航速也不断增加，河海桥梁大量兴建，船舶碰撞桥梁的可能性越来越大，船桥相撞事故导致严重社会和经济灾难的例子不胜枚举，如武汉长江大桥(公铁两用)自从1957年建成以来，大约发生了70起船撞桥事故，其中直接经济损失超过百万的大事故超过10起；南京长江大桥建桥至今已发生约30起船撞桥事故；有报道说，白沙沱大桥发生的船撞桥事故达到了上百起之多。据不完全统计，仅发生在我国长江、珠江、黑龙江三大水系干线上的船撞桥事故就达到300起以上^[2]。又如众所周知的广东九江大桥被运沙船撞塌事件，更是造成了极差的社会影响。造成撞船事故的原因较多，其中人为因素居第一位，设备因素居第二位，恶劣气候因素居第三位，可见撞船事故大多数不是航道管理部门通过控制就能完全避免的。为了保证桥墩结构安全性和航线船舶的正常航行，需要进行桥墩防撞装置设计研究^[3]。

1.2国内外现状

1.2.1桥墩防撞装置现状

80年代日本岩井·聪提出桥墩防护设施按设置地点(力的承受点)可分为直接构造和间接构造两大类，直接构造指其直接设置于桥墩上而言。每大类内再按吸收船舶碰撞能量的方式分为弹性变形型、压坏(弹塑性)变形型和变位(重力和阻力)型，其中有两种可分为二型，故共8种型式如下表1.1：

表1.1 桥墩防护设施分类

1991年国际桥梁和结构工程协会(IABSE)将通常使用的桥墩保护结构分为5类：1、防护板系统：北欧有实例，有用厚木板，有用钢板桩作成的围子；2、支撑桩系统：广州珠江河面上，除建设较早的5座桥外，新建设的解放桥、海印桥和江湾桥均装有支撑桩式防撞设施；3、系缆桩系统：这种方式在武汉一桥作防撞方案时曾被华中理工大学（现华中科技大学）选用．但未实现；4、人工岛或暗礁保护：这种系统使航道变窄，并破坏航船；5、浮动保护系统：现用于上海杨浦大桥和黄石长江公路桥的是浮式破坏消能钢筏。上述五种方式第一种适合于能量较小的航船，第三种应用较少，第2、4、5三种都是将船撞坏，只能保护桥，其中第五种园占河道较少而被看好^[4]。

如[5]按照桥、船和防撞设施三者损坏与不损坏来区分，可将防撞设施分为3类：1、保护桥墩，防撞设施也不会撞坏。例如加大的承台、抛石人工岛等，它的刚性很大，不变形，因而也不吸收能量，撞上去的船必须吸收全部的碰撞动能，这样对船损坏最大。2、保护桥墩的同时防撞设施会损坏。例如欧洲内陆河流使用较多的木板围栏、木桩围栏、压坏沉箱、浮动吸能结构等。压坏变形就是吸能过程，防撞设施吸收了一部分船的动能，船的压坏变形便相应少一些。3、保护桥墩、保护船的同时防撞设施也不坏。例如1995年提出的三不坏吸能防撞装置(以前有雏形)。该文认为，历史上还用过一些弹性护弦、桩索拦阻、锚链拦阻、重力变位等办法，对较小的船曾起过作用。

经过多年的研究应用，世界上已有多种类型的桥墩防护装置，但其基本原理都是基于能量吸收、动量缓冲而设计。随着桥梁设计理论的发展完善，桥梁防护装置已成为桥粱整体结构的一部分，现在的许多大桥在其方案设计阶段就考虑到了桥梁防撞保护问题。防护装置选择时应考虑桥墩的自身抗撞能力、桥墩的位置、桥墩的外形、水流的速度、水位变化情况、通航船舶的类型、碰撞速度等因素^[6]。

浮式消能防撞装置是由钢箱型防撞装置演变而来的，从使用场合来看，钢箱型防撞装置一般固定在桥墩承台上，而浮式消能防撞装置具有一定的浮力，在无事故发生时可以随水位的变化而上下浮动，因此适用于桥区水位落差较大的桥墩防撞。此装置目前应用于我国的黄石长江公路大桥、黄浦江奉浦大桥、武汉天兴洲长江大桥等处^[7]。

1.2.2船-桥碰撞分析方法现状

近年来关于船桥碰撞机理及桥梁防撞系统的研究得到越来越多的关注。国内外关于船桥碰撞机理的主要研究方法包括试验研究法^[8] 、简化分析法^[9-11]和有限元仿真法^[12-13] 。其中，简化分析法使用方便，能够基本把握船撞桥的碰撞力和结构动力反应。现有研究大多是基于等效静力的方法，忽略了船桥碰撞过程中的动力因素。我国近年来在大桥桥墩中常用的防撞设施为钢结构形式，具体为钢套（浮）箱、钢围堰、钢丝绳复合吸能防撞圈等。针对该类防撞设施，陈国虞^[14-16] 等采用有限元动力分析软件，研究了钢结构防撞设施在船舶撞击过程中的塑性变形破损消能行为。

1.3本文目的

基于上述内容，本次毕业论文拟以某2000t级浮式防船撞结构为研究对象，按照船舶相关规范要求进行结构设计，并采用有限元方法进行强度校核。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

近年来，随着水上交通的发展，船-桥碰撞问题日益突出。船舶碰撞会造成船舶结构损伤、人员伤亡、桥梁损坏或倒塌等灾难性后果，如何尽可能减少船舶碰撞带来的损害成为船舶结构安全与可靠性领域中的重要课题，而给桥墩安装浮式防船撞结构是防止船舶碰撞损害的一种较有效的方法。浮体钢套箱结构也是目前桥墩防撞应用的最多和最好的一种防撞形式。

套箱型防撞装置的主体结构一般由内围板、外围壁、底板、上甲板、下甲板、纵横舱壁、加劲肋等板架构件组成。通过改变板厚，纵横舱和加劲肋的间距，这种防撞装置的吸能能力和降低撞击力峰值的能力可以有很大幅度的变化，设计时应该根据具体情况选择合理的套箱结构。套箱与承台之间可以采用剪力钉连接，内围板紧贴承台外壁(如青岛海湾大桥)；也可在内围板与承台外壁之间设置橡胶块，改善套箱与承台之间的接触条件(如东海大桥和上海长江大桥)^[7]。

3. 研究计划与安排

第1-3周：对毕业设计任务书进行分析，明确涉及内容，熟悉ccs规范，完成开题报告及论文综述；

第4周：完成相关的英文文献翻译工作；

第5-6周：根据相关规范的要求完成浮式防船撞结构各构件的规范设计；

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1] ship collision due to the presence of bridges．report of working group 19 of the inland navigation com mission,2001．

[2] 戴彤宇，聂武.船撞桥事故综述[j].黑龙江交通科技,2003(2):1-3.