摘 要

随着近年来我国基建的飞速发展，大型桥梁数量越来越多，船体逐渐大型化，但与此同时，船舶撞击桥墩的事故发生的次数越来越多，如浙江金塘大桥船桥相撞事件、广州九江大桥坍塌事件。船舶撞击可能导致跨越航道的桥梁发生倒塌，造成难以预计的危害，可能是严重的经济损失甚至生命伤亡。为了防止灾害的发生、降低船桥碰撞后的桥梁损伤，对桥梁防撞方案的设计和分析是十分重要的。

本文拟就汉十高铁浪河特大桥的航道水文条件进行分析，确定航道等级和代表船型，计算船撞力，从而对防撞设施结构进行计算，综合考虑多方面的因素，确定最优防撞设施及其结构。

关键词：防撞设施；船桥碰撞；有限元仿真

Abstract

With the rapid development of China's infrastructure in recent years, there are more and more large-scale bridges and larger hull. At the same time, there are more and more accidents when ships collide with piers, such as the collision of Jintang Bridge in Zhejiang Province and the collapse of Jiujiang Bridge in Guangzhou. Ship collision may lead to the collapse of bridges across the channel, causing unpredictable harm, and may be serious economic loss or even casualties. In order to prevent the occurrence of disasters and reduce the damage of bridges after collision, it is very important to design and analyze the anti-collision scheme of bridges.

In this paper, the hydrological conditions of the channel of the Langhe bridge are analyzed, the channel grade and representative ship type are determined, and the collision force is calculated, so as to calculate the structure of the anti-collision facilities, and the optimal anti-collision facilities and structures are determined by comprehensively considering various factors.

Key Words：Anti collision facilities;Ship-bridge collision;Finite element simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1设计背景与意义 1

1.2国内外发展概况 3

1.2.1国外发展概况 3

1.2.2国内发展概况 3

第2章 主要设计资料 5

2.1桥梁工程建设背景 5

2.2桥梁建设方案 6

2.2.1主要技术标准 6

2.2.2建设方案 7

2.2.3河床演变及趋势预测 7

2.3航道等级 7

2.4代表船型、船队 7

2.5设计通航水位 8

2.6通航净空高度 8

2.7通航净空宽度，通航孔布置 8

2.8桥墩防撞设施标准及要求 8

2.9船撞力计算 8

第3章 防撞方案设计 11

3.1防撞方案比选 11

3.1.1桥梁防撞设施的设计和采用原则 11

3.1.2符合本浪河特大桥的方案设计选择 11

3.2材料性能参数 12

3.3结构设计 12

3.3.1防撞设施方案确定 12

3.3.2总体设计 13

3.3.3 主尺度参数及尺度比 13

3.3.4 外板计算 14

3.3.5 甲板计算 15

3.3.5 箱底骨架计算 16

3.3.6 舷侧骨架计算 16

3.3.7 舷侧骨架计算甲板骨架 17

3.3.8结构简化 22

第4章 ANSYS有限元分析 25

4.1 ANSYS概述 25

4.2 ANSYS有限元建模 25

4.2.1 模型简化 25

4.2.2 定义关键点 25

4.2.3 创建线段 26

4.2.4 创建平面 27

4.2.5 定义梁和板的截面 28

4.2.6 划分网格 28

4.2.7 镜像结构 29

4.3 船撞力作用下防撞设施结构强度的工况分析 30

4.3.1 施加约束 30

4.3.2 施加载荷 30

4.3.3 求解分析 30

4.4 波峰状态下防撞设施结构自重作用的工况分析 32

4.4.1 施加约束 32

4.4.2 施加载荷 32

4.4.3 求解分析 32

4.5 波谷状态下防撞设施结构自重作用的工况分析 33

4.4.1 施加约束 33

4.4.2 施加载荷 33

4.4.3 求解分析 34

4.4.4 小结 35

第5章 总结 36

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪论

1.1设计背景与意义

汉十高铁浪河特大桥位于十堰市丹江口市丁家营镇二道河村内，桥梁全长1746.56米，桥梁跨越既有浪河河道及汉十高速公路，浪河为汉江右岸一级支流，发源于武当山东麓的丹江口市盐池河镇红山寺，自南向北流，过盐池河折向东北，流经长约 9km 的浪河水库， 于浪河镇新屋场进入丹江口水库，全长 57.3km。干流河道坡度 6.7‰，流域平均高程海拔616m，河流弯曲系数 1.9，河网密度 0.4km/km2，流经丹江口市浪河镇汇入汉江。

汉十高铁浪河特大桥采用“一联四跨”连续梁方式进行施工，目前其连续梁已经顺利合拢，但总体施工难度仍然很大，是该标段重难点及控制性工程。

图1.1 浪河特大桥示意图

但随着近年来我国基础建设的飞速发展，江河、港区和海峡的大型桥梁数量越来越多、航行船舶的不断增加、船体越来越大型化，船舶撞击桥墩的事故发生的次数与频率也变得越来越多，如浙江金塘大桥船桥相撞事件、广州九江大桥坍塌等重大船桥碰撞事件时有发生。

据统计在 1960年和2007年之间，全世界范围内有34座桥梁因船舶撞击倒塌，并且每年至少有一起严重的船撞桥事故发生。