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《船橋碰撞問題探究現(xiàn)狀和未來展望》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、船橋碰撞問題探究現(xiàn)狀和未來展望 摘要：針對船橋碰撞這一工程界的熱門問題，從力學(xué)角度、概率角度、防撞角度三個方面綜述了船橋碰撞問題的研究現(xiàn)狀。歸納總結(jié)了船橋碰撞力的實用計算公式，指出了現(xiàn)階段的研究存在的一些問題，提出了今后有待進一步研究的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：船橋碰撞；力學(xué)；概率；防撞隨著我國交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，跨越江河、海峽的大型橋梁的數(shù)量逐步增多，船舶的噸位、航速也在不斷提高。船橋碰撞事故也隨之頻繁發(fā)生，近年來引起廣泛關(guān)注的是2007年6月15日，廣東九江大橋被一艘運輸船撞擊橋墩，造成200多米橋面坍塌墜入江中。其不僅會影響到橋梁的使用壽命，更會造成嚴(yán)重的人
2、員生命傷害和財產(chǎn)損失。因此，船橋碰撞問題在近幾十年引起了世界各國的廣泛關(guān)注和研究，并取得了一些可觀的成果。1力學(xué)研究的現(xiàn)狀1.1船橋碰撞力理論及研究方法船橋碰撞問題已有各國多位學(xué)者進行了分析研究，并取得了很多有價值的研究成果。其中，最多的是從力學(xué)方面進行研究分析的，目前已有的理論及計算方法如下。1）米諾斯基理論71959年，美國米諾斯基（V.U.Minorsky）針對核動力軍艦的設(shè)計、核電站的防護以及其它海洋結(jié)構(gòu)物的防撞保護問題，研究了26起船船碰撞事件，得出了變形的剛體積和吸收沖擊能之間的一種線性關(guān)系，即著名的米諾斯基曲線。米諾斯基認(rèn)為，按照能量守恒定律，兩
3、艘船舶在碰撞時，速度發(fā)生突然改變，同時兩艘船舶的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。從能量轉(zhuǎn)移的觀點，在碰撞時發(fā)生動能的改變，部分動能消耗于碰撞后兩艘船舶的運動和碰撞沖擊時周圍水的運動，剩余部分的動能則由結(jié)構(gòu)的彈性和塑性變形或結(jié)構(gòu)撕裂所吸收，因此提出了碰撞系統(tǒng)能量吸收系數(shù)的概念。米諾斯基理論自1975年公開發(fā)表后，已為眾多的實驗證實，由此奠定了船橋碰撞的分析基礎(chǔ)，為國際橋梁工程界和各國學(xué)者公認(rèn)。2）沃辛碰撞理論德國學(xué)者沃辛（G.Woisin）在1967-1976年間，針對保護核動力船的反應(yīng)堆不受其它船舶撞擊而作了若干次高能動力船舶撞擊模型試驗，進而充實和發(fā)展了米諾斯基理論，并將
4、其應(yīng)用于船橋碰撞的分析當(dāng)中。3）漢斯-德魯徹理論7漢斯-德魯徹理論主要是研究公路橋梁預(yù)防船舶的撞擊，該理論將船舶碰撞橋墩及其防撞設(shè)施等效成一個彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，計算碰撞中橋墩或防護系統(tǒng)受撞位置處的最大位移，船舶的最大加速度，船舶的最大撞擊力，撞擊過程的持續(xù)時間。4）數(shù)值解法數(shù)值解法產(chǎn)生于船-船碰撞理論，引伸到船-橋碰撞計算。數(shù)值方法中較有代表性的是Pedersen方法和它的擴展計算方法。前者提出的計算方法可以模擬碰撞中船舶的水平運動，歸結(jié)為兩維問題，后者將問題擴展為三維情況，考慮了碰撞中船舶6個自由度運動。在該方法中流體運動力用切片法計算，碰撞力則假設(shè)為
5、貫入量的非線性函數(shù)，通過6根非線性彈簧描述碰撞區(qū)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部機理。當(dāng)設(shè)定被撞船具有極大質(zhì)量和剛度時，就成為船-橋碰撞的模擬計算。5）簡化解析法簡化解析法是將船舶結(jié)構(gòu)部件分解成幾種簡單模型，導(dǎo)出這些簡化模型損傷的理論公式，分別計算出每一種簡化模型的損傷力和變形能，最后合成總的船舶結(jié)構(gòu)損傷力和能量。簡化解析法是一種非耦合的方法。6）實驗方法通過碰撞模型實驗，直接測量船橋碰撞中碰撞力，變形能隨撞深的變化曲線。但由于實驗方法耗費昂貴，一般難以實施。7）有限元方法7有限元方法可以比較精確地計算結(jié)構(gòu)之間變形和受力的耦合作用，在計算像船舶這樣具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)受力變形時，
6、更能體現(xiàn)出比簡化解析法計算結(jié)果精確的優(yōu)勢。1.2船橋碰撞力實用計算公式：2概率研究現(xiàn)狀目前，考慮風(fēng)險因素的概率研究得到了越來越多的關(guān)注，先階段主要有以下三種分析方法。1）統(tǒng)計分析法大多數(shù)船橋碰撞的概率研究是基于船-船相撞以及船舶擱淺事故。2）模型或?qū)嵈囼炍覈錆h理工大學(xué)曾經(jīng)對長江口上正在建設(shè)的蘇通大橋項目進行過實船航行試驗，以確定船撞橋的可能性以及橋墩的合理位置。3）數(shù)學(xué)模型和實驗驗證幾何概率的正態(tài)分布模型以及漂流船舶的均勻分布等模型的提出都屬此例。這些模型也一直在根據(jù)各地和不同項目的實際情況在不斷地驗證、修正。3防撞研究現(xiàn)狀7防撞方面的研究主要有主動防撞和
7、被動防撞，主動防撞是指通過對船舶的航行管理和航行軌跡干預(yù)，避免船撞橋事故發(fā)生，被動防撞是指通過橋墩自身的加強或防撞設(shè)施來抵抗船舶的撞擊威脅。目前應(yīng)用最多的是被動防撞方案，主要有以下幾種。1）附著式防撞方案通過碰撞過程中允許船舶有緩沖位移而起到耗散撞擊動能的目的。2）薄殼筑沙圍堰防撞方案受到撞擊時，錨固在河底的鋼板樁被撥出，內(nèi)部的填充材料外溢，船體與高摩阻的填充材料充分摩擦，從而達(dá)到大量吸收能量的目的。3）漂浮網(wǎng)狀防護方案防護系統(tǒng)的網(wǎng)狀攔截設(shè)施將船舶攔住后，其水下的錨鏈能有效消耗撞擊能量。4結(jié)語1）船橋碰撞問題，目前雖然有很多實用計算方法，但各個公式都對一些因素
8、做了簡化，結(jié)果并不是十分精確。2）在我
