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1.引言
桥墩受到船舶的直接碰撞，它承受的撞击力是极其大的。在进行桥墩设计时，如果参照它能够直接承受的撞击力，那么桥墩将会十分的庞大，此时河道的通航水平会大大的减小；如果增大桥梁的跨径，使得桥墩不在要求的船舶通航范围内，那么将会导致桥型发生相应的变化，投资也会变大，十分的不经济。桥墩防撞装置可以有效的避免船舶直接撞击桥墩，使得桥墩受到的撞击力大大的减小，这也是目前解决问题的关键所在。本文参照夷陵长江大桥主墩的桥墩防撞装置，利用 ANSYS/LS-DYNA 软件建立了模型，并对碰撞过程进行了仿真模拟的分析。通过仿真分析，对防护装置的可靠度进行评价。
2.模型的建立
船舶与防护装置发生的碰撞是在桥梁的法线方向上发生的。撞击船舶模型采用5000DWT轮船实际尺寸，桥墩防撞装置采用夷陵长江大桥主墩防撞装置尺寸。
表2.1撞击船的主要尺寸
| 代表轮船型 | 轮船长度 L（m） | 型宽 B（m） | 吃水 D（m） | 载重 DWT（t） |
| 货轮 | 113 | 17.5 | 5.5 | 5000 |
3.结构的简化
在分析船桥碰撞问题时，关键是要建立正确的有限元模型，如果在建模的过程中，所建立的模型十分的复杂，往往会使得工作量增大大，而且在计算的过程中，计算机运算的时间也会过长，计算规模也可能会超过计算机所能承受的范围，最终可能会使得仿真计算不能正常进行，因此在建模的过程中，对模型进行简化是非常的重要的。在本文中，所研究是的船舶碰撞桥墩时，防撞装置对桥墩的保护性能，重点是船舶碰撞时，所带来的冲击动能，然而对于船舶的变形，本文不做考虑。因此在建模的过程中，可以对船舶模型做出相应的简化：采用考虑附带水质量的质量块刚体来模拟船舶。本文主要研究桥墩防撞装置，所以在建立模型时，采用实际形式、尺寸，只是把模型中极小的构件进行简化，避免在建模过程中对网格进行划分时，由于尺寸单元过小，而减小积分步长，使得分析效率大大的降低。
针对上面提到的结构简化，对建模过程中的模型提出假设:
1、船舶是用质量块（包含水质量）来模拟的，并且不考虑轮船在碰撞的过程所吸收的能量；
2、船舶在与防撞装置发生碰撞的时候，桥梁上部结构所产生的动力响应不做考虑；
3、流水对船舶在碰撞当中所吸收的能量不做考虑。 利用 ANSYS/LS-DYNA 建立了模型，轮船的重量是 DWT5000 ，速度是 /m4s ，横桥向碰撞，对此过程进行仿真模拟分析。
4.船舶及桥梁有限元计算模型
根据相关参数，建立船舶及桥梁有限元计算模型，其有限元模型如下图所示：
图 4.1 船舶有限元模型
图 4.2 船舶内部隔板模型
图 4.3 桥墩有限元模型
图 4.4 船舶桥梁整体有限元模型
5.仿真结果及其分析
5.1碰撞力时间历程曲线
图 5.1 船舶桥梁碰撞力时间历程曲线
图 5.1 为撞击力的时程曲线图。根据图中所表示的，在碰撞过程中，撞击力的非线性是很明显的，碰撞过程中船舶的各个构件产生破坏或者失效，由于这样，碰撞力呈现出跳跃或者拨动。由于刚刚接触，所以碰撞力为 0。随着时间的增大，碰撞力也是在变大的，在 t=0.03s 时，碰撞力达到最大值。撞击结束后碰撞力再次趋向于 0。
图 5.2 桥墩撞击等效塑形应力
图 5.3 船舶撞击等效塑形应力
图 5.4 船舶撞击下桥墩位移云图
6.结论
通过 ANSYS/LS-DYNA 对桥墩防撞装置所进行的仿真模拟的计算，可以比较直观的描述出船桥碰撞力、结构能量的转化以及防撞装置的应力和变形。在碰撞过程中碰撞力曲线具有很强的非线形，还始终伴随着船体结构构件的不断失效和破坏形成的跳跃与卸载现象。通过对应力和应变的分析可知，防撞装置的应力和变形均在规范允许的范围内，从而进一步验证安全性评价的可靠性。
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