转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究

陈巍; 耿波; 沈锐利; 李嵩林

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.012

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转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究

更新时间：2025-09-25

- 转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究
- Study on Anti⁃collision Performance of Rotary Cylinder Typed Steel Composite Boxed Cofferdam
- 防灾减灾工程学报 2020年40卷第6期页码：936-944
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031
  2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067
- 作者简介：
  
  陈巍（1991⁃），男，博士研究生。主要从事桥梁防灾减灾研究。Email：782851112@qq.com
  沈锐利（1963⁃），男，教授，博导，博士。主要从事大跨桥梁结构分析理论与工程实践研究。Email：rlshen@swjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2017YFC0806000);广东省交通运输厅科技计划项目(2016-02-005)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.012
  中图分类号： U443.26
- 收稿：2018-12-17，
  
  修回：2019-04-09，
  
  纸质出版：2020-12-15
- 稿件说明：
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陈巍,耿波,沈锐利等.转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):936-944.

CHEN Wei,GENG Bo,SHEN Ruili,et al.Study on Anti⁃collision Performance of Rotary Cylinder Typed Steel Composite Boxed Cofferdam[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):936-944.
陈巍,耿波,沈锐利等.转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究[J].防灾减灾工程学报,2020,40(06):936-944. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.012.

CHEN Wei,GENG Bo,SHEN Ruili,et al.Study on Anti⁃collision Performance of Rotary Cylinder Typed Steel Composite Boxed Cofferdam[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2020,40(06):936-944. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.2020.06.012.

摘要

转筒式钢⁃复合材料套箱是一种新型防船撞设施。采用PATRAN软件建立该新型防船撞设施及船舶的精细化有限元模型，并采用LS⁃DYNA软件进行动力响应分析，基于“分层耗能”的优化思想对该新型防船撞设施进行参数优化，并设置了船舶正撞和15°斜撞两种对比计算工况，选用3000DWT典型代表船舶以4.0 m/s初速度进行数值仿真计算。结果表明：套箱内部竖向和横向板件布置间距为0.8 m、钢板厚度为8 mm时，套箱的船撞力折减率为47.3%，损伤变形量为1.42 m，综合防船撞性能比其他布置形式更优；设置外层护舷层和中间钢结构层不同的厚度比例计算工况，当两者厚度比例为1∶1时，套箱的船撞力折减率为48.9%、损伤变形量为1.27 m、总造价为185万元，在总造价最低的同时其防船撞性能最优；碰撞结束后，正撞工况下船舶的初始动能全部转化为其它形式的能量，而斜撞工况下仍有50%左右的初始动能停留在船舶上、船舶可继续航行，碰撞造成的船艏损伤变形量分别为3.8、0.4 m，则该新型防船撞设施能通过自身旋转拨转船头，大大降低了碰撞造成的船艏损伤程度。

Abstract

The rotary cylinder steel typed composite boxed cofferdam is a new kind of anti-collision device. The software PATRAN was included to build the refined finite element model of the anti-collision device and ships. In addition， the software LS-DYNA was adopted to conduct dynamic response analysis. The parameters of the device were optimized based on the optimal theory of layer dissipation. In addition， two collision scenarios including front crash and oblique crash were analyzed in this paper. A typical ship of 3000DWT with an initial speed of 4.0 m/s was involved in the numerical simulation. Results show that the boxed cofferdam has a better anti-collision performance when the vertical spacing and transverse spacing of the inner stiffening rib are both 0.8m and the thickness of the steel plate is 8.0mm. At that time， the reduction rate of the collision force on the boxed cofferdam is 47.3% and the damage deformation is 1.42 cm. The working conditions with different thickness rates of the outer fender layer and the inner steel structure were conducted. Results indicate that the boxed cofferdam achieves optimal anti-collision performance with the thickness rate is 1 to 1 at the lowest cost of 1.85 million yuan. At this time， the reduction rate of the boxed cofferdam is 48.9% and the damage deformation is 1.27 m. The initial kinetic energy transfers totally to other types under the condition of front crash collision while there is still 50% of the initial kinetic energy in the ship under the condition of oblique crash. The damage deformations at the vessel bow under the two conditions are 3.8 m and 0.4 m， respectively. This new kind of anti-collision device can greatly reduce the vessel bow damage by self-rotation.

关键词

Keywords

references

耿波，王福敏 . 三峡库区桥梁船撞技术与工程实践［M］. 北京：人民交通出版社， 2016 ： 1 - 2 .

Geng B ， Wang F M . Technology and engineering practice of bridges under vessel collisions in three gorges reservoir ［M］. Beijing ： China Communications Press ， 2016 ： 1 - 2 . （in Chinese）

樊伟，刘斌 . 高桩承台桥梁驳船撞等效侧向荷载作用模式［J］. 中国公路学报， 2016 ， 29 （ 7 ）： 72 - 80 .

Fan W ， Liu B . Equivalent lateral load pattern on elevated pile-cap bridge subjected to vessel collisions ［J］. China Journal of Highway and Transport ， 2016 ， 29 （ 7 ）： 72 - 80 . （in Chinese）

姜华，耿波，张锡祥 . 桥墩新型防船撞装置防撞性能研究［J］. 振动与冲击， 2014 ， 33 （ 7 ）： 155 - 160 .

Jiang H ， Geng B ， Zhang X X . A new fender system for bridge pier protection against vessel collision ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2014 ， 33 （ 7 ）： 155 - 160 . （in Chinese）

You Y ， Rhee K . Development of the collision ratio to infer the time at which to begin a collision avoidance of a ship ［J］. Applied Ocean Research ， 2016 ， 60 ： 164 - 175 .

Wei F ， Wei G ， Yang S ， et al . Experimental and numerical investigations of a novel steel-UHPFRC composite fender for bridge protection in vessel collisions ［J］. Ocean Engineering ， 2018 ， 165 ： 1 - 21 .

姚玲森 . 桥梁工程［M］. 北京：人民交通出版社， 2008 ： 297 - 301 .

Yao L S . Bridge engineering ［M］. Beijing ： China Communications Press ， 2008 ： 297 - 301 . （in Chinese）

李军，王君杰，欧碧峰 . 船桥碰撞数值模拟方法研究［J］. 公路， 2010 （ 10 ）： 14 - 20 .

Li J ， Wang J J ， Ou B F . Research on numerical simulation of ship-bridge collision ［J］. Highway ， 2010 （ 10 ）： 14 - 20 . （in Chinese）

Tian L ， Zhu C . Numerical simulation of ship-bridge collision based on LS-DYNA technique ［J］. Advanced Materials Research ， 2011 ， 243-249 ： 6 230 - 6 236 .

张锡祥，王智祥，巫祖烈，等 . 一种新型FRP桥墩防撞浮箱结构［J］. 重庆交通大学学报（自然科学版）， 2011 ， 30 （ 3 ）： 388 - 393 .

Zhang X X ， Wang Zh X ， Wu Z L ， et al . A new FRP pier anti-collision pontoon frame ［J］. Chongqing Jiaotong University Journal ， 2011 ， 30 （ 3 ）： 388 - 393 . （in Chinese）

王佼姣，石永久，王元清，等 . 低屈服点钢材LYP100循环加载试验［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2015 ， 49 （ 8 ）： 1 401 - 1 409 .

Wang J J ， Shi Y J ， Wang Y Q ， et al . Experimental study on low yield point steel LYP100 under cyclic loading ［J］. Journal of Zhejiang University（Engineering Science）， 2015 ， 49 （ 8 ）： 1 401 - 1 409 . （in Chinese）

巫绪涛，李耀，李和平 . 混凝土HJC本构模型参数的研究［J］. 应用力学学报， 2010 ， 27 （ 2 ）： 340 - 344 .

Wu X T ， Li Y ， Li H P . Research on the material constants of the HJC dynamic constitutive model for concrete ［J］. Chinese Journal of Applied Mechanics ， 2010 ， 27 （ 2 ）， 340 - 344 . （in Chinese）

Rakshit D ， Chakraborty S . Determination of fracture parameters of FRP composites： a combined experimental and numerical investigation ［J］. Journal of Composite Materials ， 2015 ， 49 （ 2 ）： 231 - 241 .

潘晋，方涵，吴亚锋，等 . 桥墩复合材料防车撞结构碰撞性能试验研究［J］. 华中科技大学学报（自然科学版）， 2018 ， 46 （ 10 ）： 14 - 20 .

Pan J ， Fang H ， Wu Y F ， et al . Experimental study on performance of composite protection structure for bridge pier against vehicle collision ［J］. Journal of Huazhong University of Science & Technology （Natural Science Edition）， 2018 ， 46 （ 10 ）： 14 - 20 . （in Chinese）

金轩慧 . 复合材料防撞套箱的数值模拟研究［D］. 重庆：重庆交通大学， 2014 .

Jin X H . Research of numerical simulation on the anti-collision device made by composite material ［D］. Chongqing ： Chongqing Jiaotong University ， 2014 . （in Chinese）

公路桥涵地基与基础设计规范： JTG D63—2007 ［S］. 北京：人民交通出版社， 2007 .

Code for design of ground base and foundation of highway bridges and culverts ： JTG D63—2007 ［S］. Beijing ： China Communications Press ， 2007 . （in Chinese）

潘晋，方涵，吴亚锋，等 . 桥梁复合材料防车撞吸能结构碰撞性能分析［J］. 华中科技大学学报（自然科学版）， 2018 ， 46 （ 8 ）： 122 - 127 .

Pan J ， Fang H ， Wu Y F ， et al . Numerical analysis on the impact performance of composite energy absorption structure of bridge pier against vehicle collision ［J］. Journal of Huazhong University of Science & Technology （Natural Science Edition）， 2018 ， 46 （ 8 ）： 122 - 127 . （in Chinese）

陈巍 . 转筒式防撞设施防船撞性能研究［D］. 重庆：重庆交通大学， 2018 .

Chen W . The functional study of rotary anti-ship-collision facility ［D］. Chongqing ： Chongqing Jiaotong University ， 2018 . （in Chinese）

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