CN101865761B - 一种船撞桥试验水池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船撞桥试验水池，包括水池，水池两侧设置有纵向轨道，船模拖曳装置横架设于两纵向轨道上，包括纵向行走小车、横向轨道和横向移动装置，纵向行走小车置于两纵向轨道上，可载船模拖拽装置整体沿纵向轨道移动，纵向行走小车上架设有横向轨道，横向移动装置置于横向轨道上，可沿横向轨道移动，横向移动装置下方安装有用于固定船模的固定装置，所述固定装置可转动。本发明所述的船撞桥试验水池，安装模拟桥墩、模拟防撞装置和船舶模型后；通过控制船舶模型拖曳装置的纵向行走小车的速度、横向移动装置的位置和转动船模前进的角度，可模拟船舶航行中撞桥的状态。将模拟试验测量的数据结合计算机分析可判定防撞装置的有效性，从而更可靠、更合理地对防撞装置使用的有效性进行判定。
Description
技术领域
本发明涉及船撞桥墩的防撞安全保护装置研究设计使用的试验水池。
背景技术
我国自建国后修建了很多大桥，也发生很多船撞桥的事故。从1959年发生在武汉长江大桥的船撞桥事故开始，截止2002年，长江干线上已经陆续发生了近300多起船撞桥事故。武汉长江大桥自建成以来已发生了70余起船撞桥事故，南京长江大桥也已发生了近30起船撞桥事故。这些事故轻者大桥桥墩擦伤，重者大桥严重受损、船舶倾覆、人员伤亡。据统计，在武汉长江大桥发生的船撞桥事故中，直接经济损失超过百万的大事故超过10起。2007年6月15日凌晨，国道325广东段九江大桥发生船撞桥事故，造成325国道九江大桥约200米桥面坍塌，直接经济损失超过千万。这些事故给人民的生命财产造成巨大的损失，因此研究桥梁防撞装置是非常必要的。
防撞装置受船舶撞击是一个复杂的动态力学过程，相撞是一个毫秒( ms) 到秒(s)量级的瞬时过程,此过程中包含巨大能量交换的动态过程，本质上是一个复杂和困难的冲击动力学问题。
现有分析船舶撞击力的方法有两大类：规范方法和计算机有限元仿真分析方法。
在规范方法中，国内国际桥梁设计规范中常用的有5种公式，分别是中国公路规范公式、中国铁路规范公式、敏诺斯基-捷勒-沃易荪（Minorsky,Gerlach,Woision）公式、索尔-诺特-格林那（Saul-SveIson,Knott,Greiner）公式，美国各州公路和运输工作者协会（AASHTO）的公式。这些计算公式本质上都是建立在船撞桥（或船撞船）的刚体或弹性体整体碰撞的简单理论基础上再作若干修正的半经验公式，这类半经验公式属于从弹性系统能量（或动量）守恒出来的准静态简化分析，用于解释动态力学过程是不对的。
在计算机有限元仿真分析方法中一般采用ANSYSLS-DYNA程序计算分析，也存在计算返回值误差的可能性。
冲击动力学理论从应力波的传播、材料的应变率效应等多方面因素结合解决冲击动力学问题。从应力波的传播来看，撞击界面的动态载荷是由撞击物与被撞击物（含防撞装置）中互相耦合的波传播过程共同决定的，而波传播的具体过程则又视船舶、桥墩和防撞装置的结构与材料不同，以及初始边界条件等的不同而明显不同。因此，很难直接归纳一个简单的公式完成具体的计算。
对于我国大桥在设计和施工时如何防止撞击危险的问题，目前一般大桥设计都会对桥墩有专门防护和防震系数要求，但国际国内均没有统一的设计规范，是一个国际性难题。由于目前我国尚无桥梁防撞设计的统一标准，桥梁的防撞设计全凭有关专家的经验。一般是设计者根据海事、港航等相关管理部门和桥梁投资方提出的通航要求，按照经验设计，再经相关专家评审通过。由于防撞装置的计算尚未成熟，直接影响了对防撞装置使用有效性的判定。
发明内容
本发明旨在给出了一种船撞桥试验水池,以能够对桥梁防撞装置的设计和使用进行更可靠、更合理地判定。
本发明的船撞桥试验水池，包括水池，水池两侧设置有纵向轨道，船模拖曳装置横架设于两纵向轨道上，包括纵向行走小车、横向轨道和横向移动装置，纵向行走小车置于两纵向轨道上，可载船模拖拽装置整体沿纵向轨道移动，纵向行走小车上架设有横向轨道，横向移动装置置于横向轨道上，可沿横向轨道移动，横向移动装置下方安装有用于固定船模的固定装置，所述固定装置可转动。
本发明所述的船撞桥试验水池，试验时，先根据大桥、防撞装置以及通航船型按比例要求制作船舶模型、桥墩模型和模拟防撞装置；而后，在水池内安装桥墩模型，在桥墩模型上安装模拟的防装装置，并在模拟桥墩和模拟防装装置上安装测量撞击力、变形量等参数的测量装置。在船模拖曳装置的横向移动装置下方的固定装置上将试验船模安装好，旋转固定装置调整试验船模前进航行的方向，移动横向移动装置控制船模的横向位置，控制纵向行走小车运动速度控制船模的航行速度，可模拟船舶在可能的多种情况下，如不同的速度、不同航行方向、不同的角度碰撞模拟桥墩的模拟防撞装置，实测碰撞的全过程。由测量装置和物模试验计算机分析系统根据模拟船撞桥试验的测量数据分析得到船舶撞击力的大小、防撞装置被撞击部位的变形量和消能（或吸能）量的大小、以及最后桥墩受到撞击力的大小等数据。根据测得的数据和试验的结果，可判定防撞装置的有效性。将上述通过船撞桥试验水池物理模型试验得到的数值与建立数学模型用计算机有限元仿真计算得到的数值进行比较，更可靠、更合理地对防撞装置使用的有效性进行判定。
附图说明
图1为本发明的船撞桥试验水池的平面示意图;
图2 为图1的A-A向示意图。
具体实施方案
一种船撞桥试验水池，如图1，包括长方形水池1，水池两侧设置有纵向轨道2，船模拖曳装置3横架设于两纵向轨道2上；船模拖曳装置3两端分别安装有纵向行走小车31，纵向行走小车31可载其船模拖曳装置整体沿纵向轨道2移动，横向轨道33架设于两纵向行走小车上，横向移动装置32装于横向轨道上，可沿横向轨道移动，其可为置于横向轨道上的滑块，也可谓置于横向轨道上的横向行走小车；横向移动装置32的下方安装有用于固定试验船模5的固定装置4，所述固定装置可转动，其可调整固定在其下方的试验船模5的前进航行的方向；纵向行走小车、横向移动装置和固定装置，可由操控台6通过计算机控制系统控制其动作。
横向移动装置为横向行走小车时，控制台可控制船模的纵向和横向运动速度，其可模拟的撞击方式更多，能够更进一步的对防撞装置使用的有效性进行判定。
水池中设置相应的水位调节装置,以便根据试验的需要控制水池中的水位，水位调节装置可为浮球液位调节开关等液位控制器，其均为现有技术。
水池内部始端设置相应的造水流机和造波机，以便模拟水面的波浪和水流速度。所述造水流机、造波机均为现有技术，已经广泛应用于实验室作为波浪模拟设备。
水池内部末端设置相应的吸波、消能装置，以便吸收水面的波浪和水流速度的能量，消除反方向水面的波浪和水流速度的作用，解决水池中水波的反射对实验结果的影响，提高仿真的精度。所述吸波、消能装置可为消波网箱、消波海棉等常用的消波装置。
试验前，先根据大桥、防撞装置以及通航船型按比例要求制作试验船舶模型5、桥墩模型7和模拟防撞装置8；而后，在水池内安装桥墩模型7，在桥墩模型上安装模拟的防装装置8，并在模拟桥墩7和模拟防装装置8上安装测量撞击力、变形量等参数的测量仪器（如传感器等）；并在船模拖曳装置3的横向移动装置32（横向行走小车）下方的固定装置4将试验船模5安装好，旋转固定装置调整试验船模5前进航行的方向；试验时，通过控制操控台6按试验方案的要求启动水位调节装置调节好水池水位深度，并启动造水流机和造波机，按试验要求模拟水面的波浪和水流速度；以及启动吸波和消能装置吸收水面的波浪和水流速度的能量，保持从水池始端单一方向过来的的波浪和水流；启动船模拖曳装置3，控制船模拖曳装置的纵向行走小车31运动速度，按试验要求控制试验船模的航行速度，模拟实际船舶在可能的多种情况下，如不同的速度、不同的角度碰撞模拟桥墩的模拟防撞装置，实测碰撞的全过程。
试验后，由测量装置和物模试验计算机分析系统根据模拟船撞桥试验的测量数据分析得到船舶撞击力的大小、防撞装置被撞击部位的变形量和消能（或吸能）量的大小、以及最后桥墩受到撞击力的大小等数据。根据测得的数据和试验的结果，可判定防撞装置的有效性。将上述通过船撞桥试验水池物理模型试验得到的数值与建立数学模型用计算机有限元仿真计算得到的数值进行比较，更可靠、更合理地对防撞装置使用的有效性进行判定。
Claims (6)
1.船撞桥试验水池，包括水池，水池两侧设置有纵向轨道，船模拖曳装置横架设于两纵向轨道上，包括两个纵向行走小车、横向轨道和横向移动装置，所述两个纵向行走小车置于两纵向轨道上，可载船模拖曳装置整体沿纵向轨道移动，两个纵向行走小车上架设有横向轨道，横向移动装置置于横向轨道上，可沿横向轨道移动，横向移动装置下方安装有用于固定船模的固定装置，所述固定装置可转动。
2.根据权利要求1所述的船撞桥试验水池，其特征在于：所述横向移动装置为横向行走小车。
3.根据权利要求1所述的船撞桥试验水池，其特征在于：所述水池内安装有造波机。
4.根据权利要求1所述的船撞桥试验水池，其特征在于：所述水池内安装有造水流机。
5.根据权利要求1所述的船撞桥试验水池，其特征在于：水池内部末端设置有吸波和消能装置。
6.根据权利要求1所述的船撞桥试验水池，其特征在于：水池内安装有水位调节装置。
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