專利名稱：一種船撞橋試驗水池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及船撞橋墩的防撞安全保護(hù)裝置研究設(shè)計使用的試驗水池。
背景技術(shù)：
我國自建國后修建了很多大橋，也發(fā)生很多船撞橋的事故。從1959年發(fā)生在武漢 長江大橋的船撞橋事故開始，截止2002年，長江干線上已經(jīng)陸續(xù)發(fā)生了近300多起船撞橋 事故。武漢長江大橋自建成以來已發(fā)生了 70余起船撞橋事故，南京長江大橋也已發(fā)生了 近30起船撞橋事故。這些事故輕者大橋橋墩擦傷，重者大橋嚴(yán)重受損、船舶傾覆、人員傷 亡。據(jù)統(tǒng)計，在武漢長江大橋發(fā)生的船撞橋事故中，直接經(jīng)濟(jì)損失超過百萬的大事故超過10 起。2007年6月15日凌晨，國道325廣東段九江大橋發(fā)生船撞橋事故，造成325國道九江 大橋約200米橋面坍塌，直接經(jīng)濟(jì)損失超過千萬。這些事故給人民的生命財產(chǎn)造成巨大的 損失，因此研究橋梁防撞裝置是非常必要的。防撞裝置受船舶撞擊是一個復(fù)雜的動態(tài)力學(xué)過程，相撞是一個毫秒(ms)到秒 (s)量級的瞬時過程，此過程中包含巨大能量交換的動態(tài)過程，本質(zhì)上是一個復(fù)雜和困難 的沖擊動力學(xué)問題?，F(xiàn)有分析船舶撞擊力的方法有兩大類規(guī)范方法和計算機有限元仿真分析方法。在規(guī)范方法中，國內(nèi)國際橋梁設(shè)計規(guī)范中常用的有5種公式，分別是中國公 路規(guī)范公式、中國鐵路規(guī)范公式、敏諾斯基-捷勒-沃易蓀(Minorsky，Gerlach, WoisionVA 式、索爾_諾特_格林那(Saul-Svelson，Knott, Greiner)公式，美國各州公路和運輸工作 者協(xié)會(AASHTO)的公式。這些計算公式本質(zhì)上都是建立在船撞橋(或船撞船)的剛體或彈 性體整體碰撞的簡單理論基礎(chǔ)上再作若干修正的半經(jīng)驗公式，這類半經(jīng)驗公式屬于從彈性 系統(tǒng)能量(或動量)守恒出來的準(zhǔn)靜態(tài)簡化分析，用于解釋動態(tài)力學(xué)過程是不對的。在計算機有限元仿真分析方法中一般采用ANSYSLS-DYNA程序計算分析，也存在 計算返回值誤差的可能性。沖擊動力學(xué)理論從應(yīng)力波的傳播、材料的應(yīng)變率效應(yīng)等多方面因素結(jié)合解決沖擊 動力學(xué)問題。從應(yīng)力波的傳播來看，撞擊界面的動態(tài)載荷是由撞擊物與被撞擊物(含防撞裝 置)中互相耦合的波傳播過程共同決定的，而波傳播的具體過程則又視船舶、橋墩和防撞裝 置的結(jié)構(gòu)與材料不同，以及初始邊界條件等的不同而明顯不同。因此，很難直接歸納一個簡 單的公式完成具體的計算。對于我國大橋在設(shè)計和施工時如何防止撞擊危險的問題，目前一般大橋設(shè)計都會 對橋墩有專門防護(hù)和防震系數(shù)要求，但國際國內(nèi)均沒有統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范，是一個國際性難 題。由于目前我國尚無橋梁防撞設(shè)計的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，橋梁的防撞設(shè)計全憑有關(guān)專家的經(jīng)驗。一 般是設(shè)計者根據(jù)海事、港航等相關(guān)管理部門和橋梁投資方提出的通航要求，按照經(jīng)驗設(shè)計， 再經(jīng)相關(guān)專家評審?fù)ㄟ^。由于防撞裝置的計算尚未成熟，直接影響了對防撞裝置使用有效 性的判定。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在給出了一種船撞橋試驗水池，以能夠?qū)蛄悍雷惭b置的設(shè)計和 使用進(jìn)行更可靠、更合理地判定。本實用新型的船撞橋試驗水池，包括水池，水池兩側(cè)設(shè)置有縱向軌道，船模拖曳裝 置橫架設(shè)于兩縱向軌道上，包括縱向行走小車、橫向軌道和橫向移動裝置，縱向行走小車置 于兩縱向軌道上，可載船模拖拽裝置整體沿縱向軌道移動，縱向行走小車上架設(shè)有橫向軌 道，橫向移動裝置置于橫向軌道上，可沿橫向軌道移動，橫向移動裝置下方安裝有用于固定 船模的固定裝置，所述固定裝置可轉(zhuǎn)動。本實用新型所述的船撞橋試驗水池，試驗時，先根據(jù)大橋、防撞裝置以及通航船型 按比例要求制作船舶模型、橋墩模型和模擬防撞裝置；而后，在水池內(nèi)安裝橋墩模型，在橋 墩模型上安裝模擬的防裝裝置，并在模擬橋墩和模擬防裝裝置上安裝測量撞擊力、變形量 等參數(shù)的測量裝置。在船模拖曳裝置的橫向移動裝置下方的固定裝置上將試驗船模安裝 好，旋轉(zhuǎn)固定裝置調(diào)整試驗船模前進(jìn)航行的方向，移動橫向移動裝置控制船模的橫向位置， 控制縱向行走小車運動速度控制船模的航行速度，可模擬船舶在可能的多種情況下，如不 同的速度、不同航行方向、不同的角度碰撞模擬橋墩的模擬防撞裝置，實測碰撞的全過程。 由測量裝置和物模試驗計算機分析系統(tǒng)根據(jù)模擬船撞橋試驗的測量數(shù)據(jù)分析得到船舶撞 擊力的大小、防撞裝置被撞擊部位的變形量和消能(或吸能)量的大小、以及最后橋墩受到 撞擊力的大小等數(shù)據(jù)。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)和試驗的結(jié)果，可判定防撞裝置的有效性。將上述 通過船撞橋試驗水池物理模型試驗得到的數(shù)值與建立數(shù)學(xué)模型用計算機有限元仿真計算 得到的數(shù)值進(jìn)行比較，更可靠、更合理地對防撞裝置使用的有效性進(jìn)行判定。

圖1為本實用新型的船撞橋試驗水池的平面示意圖；圖2為圖1的A-A向示意圖。
具體實施方案一種船撞橋試驗水池，如圖1，包括長方形水池1，水池兩側(cè)設(shè)置有縱向軌道2，船 模拖曳裝置3橫架設(shè)于兩縱向軌道2上；船模拖曳裝置3兩端分別安裝有縱向行走小車31， 縱向行走小車31可載其船模拖曳裝置整體沿縱向軌道2移動，橫向軌道33架設(shè)于兩縱向 行走小車上，橫向移動裝置32裝于橫向軌道上，可沿橫向軌道移動，其可為置于橫向軌道 上的滑塊，也可謂置于橫向軌道上的橫向行走小車；橫向移動裝置32的下方安裝有用于固 定試驗船模5的固定裝置4，所述固定裝置可轉(zhuǎn)動，其可調(diào)整固定在其下方的試驗船模5的 前進(jìn)航行的方向；縱向行走小車、橫向移動裝置和固定裝置，可由操控臺6通過計算機控制 系統(tǒng)控制其動作。橫向移動裝置為橫向行走小車時，控制臺可控制船模的縱向和橫向運動速度，其 可模擬的撞擊方式更多，能夠更進(jìn)一步的對防撞裝置使用的有效性進(jìn)行判定。水池中設(shè)置相應(yīng)的水位調(diào)節(jié)裝置，以便根據(jù)試驗的需要控制水池中的水位，水位 調(diào)節(jié)裝置可為浮球液位調(diào)節(jié)開關(guān)等液位控制器，其均為現(xiàn)有技術(shù)。水池內(nèi)部始端設(shè)置相應(yīng)的造水流機和造波機，以便模擬水面的波浪和水流速度。所述造水流機、造波機均為現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實驗室作為波浪模擬設(shè)備。水池內(nèi)部末端設(shè)置相應(yīng)的吸波、消能裝置，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，解決水池中水波的反射對實驗結(jié)果的影響， 提高仿真的精度。所述吸波、消能裝置可為消波網(wǎng)箱、消波海棉等常用的消波裝置。試驗前，先根據(jù)大橋、防撞裝置以及通航船型按比例要求制作試驗船舶模型5、橋 墩模型7和模擬防撞裝置8 ；而后，在水池內(nèi)安裝橋墩模型7，在橋墩模型上安裝模擬的防 裝裝置8，并在模擬橋墩7和模擬防裝裝置8上安裝測量撞擊力、變形量等參數(shù)的測量儀器 (如傳感器等);并在船模拖曳裝置3的橫向移動裝置32 (橫向行走小車)下方的固定裝置4 將試驗船模5安裝好，旋轉(zhuǎn)固定裝置調(diào)整試驗船模5前進(jìn)航行的方向；試驗時，通過控制操 控臺6按試驗方案的要求啟動水位調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)好水池水位深度，并啟動造水流機和造波 機，按試驗要求模擬水面的波浪和水流速度；以及啟動吸波和消能裝置吸收水面的波浪和 水流速度的能量，保持從水池始端單一方向過來的的波浪和水流；啟動船模拖曳裝置3，控 制船模拖曳裝置的縱向行走小車31運動速度，按試驗要求控制試驗船模的航行速度，模擬 實際船舶在可能的多種情況下，如不同的速度、不同的角度碰撞模擬橋墩的模擬防撞裝置， 實測碰撞的全過程。試驗后，由測量裝置和物模試驗計算機分析系統(tǒng)根據(jù)模擬船撞橋試驗的測量數(shù)據(jù) 分析得到船舶撞擊力的大小、防撞裝置被撞擊部位的變形量和消能(或吸能)量的大小、以 及最后橋墩受到撞擊力的大小等數(shù)據(jù)。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)和試驗的結(jié)果，可判定防撞裝置的 有效性。將上述通過船撞橋試驗水池物理模型試驗得到的數(shù)值與建立數(shù)學(xué)模型用計算機有 限元仿真計算得到的數(shù)值進(jìn)行比較，更可靠、更合理地對防撞裝置使用的有效性進(jìn)行判定。
權(quán)利要求船撞橋試驗水池，包括水池，水池兩側(cè)設(shè)置有縱向軌道，船模拖曳裝置橫架設(shè)于兩縱向軌道上，包括縱向行走小車、橫向軌道和橫向移動裝置，縱向行走小車置于兩縱向軌道上，可載船模拖拽裝置整體沿縱向軌道移動，縱向行走小車上架設(shè)有橫向軌道，橫向移動裝置置于橫向軌道上，可沿橫向軌道移動，橫向移動裝置下方安裝有用于固定船模的固定裝置，所述固定裝置可轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船撞橋試驗水池，其特征在于所述橫向移動裝置為橫向行 走小車。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船撞橋試驗水池，其特征在于所述水池內(nèi)安裝有造波機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船撞橋試驗水池，其特征在于所述水池內(nèi)安裝有造水流機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船撞橋試驗水池，其特征在于水池內(nèi)部末端設(shè)置有吸波和 消能裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船撞橋試驗水池，其特征在于水池內(nèi)安裝有水位調(diào)節(jié)裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種船撞橋試驗水池，包括水池，水池兩側(cè)設(shè)置有縱向軌道，船模拖曳裝置橫架設(shè)于兩縱向軌道上，包括縱向行走小車、橫向軌道和橫向移動裝置，縱向行走小車置于兩縱向軌道上，可載船模拖拽裝置整體沿縱向軌道移動，縱向行走小車上架設(shè)有橫向軌道，橫向移動裝置置于橫向軌道上，可沿橫向軌道移動，橫向移動裝置下方安裝有用于固定船模的固定裝置，所述固定裝置可轉(zhuǎn)動。本實用新型所述的船撞橋試驗水池，安裝模擬橋墩、模擬防撞裝置和船舶模型后；通過控制船舶模型拖曳裝置的縱向行走小車的速度、橫向移動裝置的位置和轉(zhuǎn)動船模前進(jìn)的角度，可模擬船舶航行中撞橋的狀態(tài)。將模擬試驗測量的數(shù)據(jù)結(jié)合計算機分析可判定防撞裝置的有效性，從而更可靠、更合理地對防撞裝置使用的有效性進(jìn)行判定。
文檔編號G01M10/00GK201731988SQ201020242838
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者蘇漢明 申請人:廣州廣船國際股份有限公司