论文摘要
按照现行的工程设计惯例,船舶在靠泊的时候会对码头产生一定的作用效应,设计师在处理这种设计效应的时候,通常是采用某种作用力作为替代对这种作用效应来进行表达,挤靠力、系缆力和撞击力便是船舶靠泊效应的表达力,并且它们是以静力的形式施加在码头结构上的。然而,随着船舶大型化的发展,船舶在靠泊时的撞击力不断增大,对码头结构的影响也不断增大,这样的处理式,显然忽略了船舶与由桩基和梁板柱组成的柔性结构体系之间的相互动力作用过程以及动力响应特性,这会对设计结构的安全和稳定性造成影响。本文针对这种问题,利用大型通用有限元软件进行数值仿真,考虑船舶与框架码头发生接触撞击时的动力响应,来全面模拟撞击力对码头结构的影响。以长沙霞凝国家粮库码头4#泊位为实例,利用数值仿真技术,对结构进行模态分析、动力响应分析、工程几种常见的静力处理方式分析,采用静力分析为动力分析结果进行印证,全面分析框架结构受到撞击后的动力响应,这样的分析更符合实际,相关结论可为内河全直桩框架码头结构设计提供参考。本文得到以下结论:（1）通过对结构进行模态计算,分析其频率和振型,得到框架结构的刚度分布以及容易使结构产生共振的外部激励源频率段,本模型框架整体刚度较大,且分布均匀,利于抗震,建议适当增加桩刚度。（2）动力响应分析结果表明:船舶在撞击框架结构后,框架结构受到的撞击力在很短的时间内迅速增大,达到峰值后又迅速减小,其时程曲线为倒三角形,计算得出的撞击力与规范算出的理论值吻合较好,验证了经验公式的安全性。（3）动力响应模型模拟船舶与框架码头的碰撞过程表明:碰撞的过程不是一个简单的力的加载过程,等同于静力加载的方式忽略了船舶-码头之间的相互动力作用过程,中间要考虑到框架结构受到撞击后的结构振动,在船舶与框架结构的接触碰撞中甚至会产生接触的间隙,并形成二次撞击。动力结果分析得到:受撞击点以及框架连结点和桩底,为应力大值,撞击点处为最大;横向位移最大值产生于撞击点处;在撞击发生后,船舶的动能转化成为橡胶护舷的内能和框架结构受到的撞击能。在X方向上,橡胶护舷承受撞击作用产生的振动效应和缓冲受力的弹簧作用,两种作用的叠加造成橡胶护舷的振动特性;船舶在此方向上没有振动。Y方向上,橡胶护舷仅考虑受到撞击后的振动效应,船舶在此方向上均匀振动。动力分析的结果能够反映框架结构受到船舶撞击后的内部受力传递特征,符合工程实际。（4）采用动力碰撞模型、空间实体模型、空间梁板模型（不考虑板刚度）三种不同的建模、计算方式对长沙霞凝国家粮库码头4#泊位受到船舶撞击进行数值仿真,三种计算模型的受力规律基本一致,受力特征可以相互印证。（5）采用两种不同的静力模型对框架结构受船舶撞击下的受力特征进行模拟,来对动力分析的结果进行验证,进一步证实动力模型的安全性和优越性。结果表明动力分析的结果得到静力分析的保障,具有计算精度。