随着我国交通建设的快速发展,横跨江海的桥梁越来越多,另外航道技术的进步和通航条件的改善,使航道内的船只航行速度也不断提高,船撞桥事件概率也随之增大,而船撞桥事故将会严重影响桥梁运营和使用寿命,甚至会导致桥毁人亡的灾难性后果。因此,船桥防撞以及桥墩防撞设施的研究,在今后桥梁建设工程中具有重要的研究意义。在此背景下,本文在总结已有的船桥碰撞研究成果基础上、分析桥墩各类型防撞装置特点、结合钢-聚氨酯夹层结构优良的耐疲劳、抗冲击特性,提出一种自浮式新型聚钢-聚氨酯夹层结构防撞浮箱,以显式瞬态非线性有限元分析技术为基础,利用ABAQUS有限元软件对船桥相撞全过程进行仿真模拟,结合参数分析,研究比较常见的圆端形桥墩及相应防撞装置的防撞性能,提出了改善结构耐撞性与吸能效果的相关措施。全文主要的研究工作如下:(1)调研大量桥梁防撞领域文献,深入了解并归纳桥梁防撞领域的研究现状,总结船桥防撞设计理念、船桥碰撞计算方法、桥梁防撞设施总结等。(2)对钢-聚氨酯夹层板研究进展进行归纳总结,分析总结夹层板经典计算理论,调研钢-聚氨酯夹层板在防撞领域的应用情况。(3)讨论有限元分析方法模拟动力碰撞中涉及的基本理论和关键技术,研究钢-聚氨酯夹层板防撞浮箱建模相关难点,探讨钢材材料应变率敏感性弹塑性模型、橡胶超弹性材料本构模型的建立,以及本文建模中流体对船舶运动影响处理方法等,结合前人对夹层板所做理论研究以及动力撞击实验,验证夹层板有限元建模方式的合理性。(4)通过讨论该种浮箱结构的构造、防撞原理,并通过ABAQUS软件建立船舶、防撞浮箱、桥墩三维分析模型,模拟一艘500t级内河船舶碰撞桥墩的动力过程,计算分析正撞以及不同角度斜撞情况下防撞浮箱的防撞性能;计算发现在正撞工况下,防撞浮箱通过结构变形吸收船舶71%初动能,但与船头与防撞箱的相对刚性有关,并大幅度削弱桥墩撞击力;并在斜撞工况下能很好地拨开船头,保留船舶大部分动能,防止碰撞的进一步破坏;通过计算分析防撞浮箱在不同船撞速度的撞击过程,探讨了船撞速度对浮箱吸能、桥墩撞击力的影响,验证防撞浮箱的吸能效果。对夹层板厚度、橡胶护舷硬度等参数分析,比较结构刚度变化对浮箱防撞性能的影响。