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目前,我国在建及已建跨江河海桥梁数量急剧增多,通航运输船舶也在不断增加,无形中增加了船舶撞击桥梁的风险,对桥梁结构而言存在着严重安全隐患。为尽可能降低船舶撞击桥梁风险,通常采用在桥墩上安装防撞设施的方法,与此同时可以起到保护桥梁及船舶的双重作用。针对现有的防船撞设施,组合套箱装置的适用范围较广,在防船舶撞击、水域要求、造价及施工等各方面的优势都较为突出。因此,本文提出了一种钢-复合材料组合防撞套箱,并基于有限元数值仿真原理对该装置进行了防撞性能研究及结构形式的优化设计。本文的主要研究工作如下:(1)采用有限元软件PATRAN和LS-DYNA建立桥墩模型、1000DWT、2000DWT、3000DWT吨位船舶模型及钢套箱、复合材料套箱、钢-复合材料组合套箱防撞设施模型。(2)有限元数值模拟。采用1000DWT、2000DWT、3000DWT吨位的船舶以2m/s、3m/s、4m/s的速度分别正撞三种防撞套箱分析比较钢-复合材料组合套箱防撞性能。计算结果显示:对于三种防撞设施而言,在装置防撞击范围内,不同吨位的船舶撞击防撞设施,船舶吨位越大,撞击力峰值折减越多,防撞性能越好;在三种防撞设施防撞击范围内,不同速度的船舶撞击防撞设施时,船舶撞击速度越大,撞击力折减越大,装置的防撞效果越好。对钢-复合材料组合防撞套箱进行性能对比分析,组合套箱的船撞力峰值折减率、船艏损伤变形程度始终小于复合材料套箱且大于钢套箱,复合材料套箱自身损伤变形较组合套箱及钢套箱严重,且复合材料单价远高于钢材,所以本文选取的钢-复合材料组合套箱的综合性能最优。(3)钢-复合材料组合套箱结构层厚比优化设计。在本文中选取6组钢箱层与复合材料套箱层的厚度比例关系,分别对其进行数值仿真模拟,通过分析比较撞击力折减值及套箱损伤变形得出钢-复合材料组合套箱在钢箱层和复合材料层厚度比例为5:5时结构防撞性能最优。(4)在套箱结构最优层厚比的基础上对钢箱层内部结构形式进行优化设计。基于数值仿真原理,通过改变钢套箱内加劲肋与隔板之间的间距、钢板厚度确定钢箱层的优化布置形式。最终确定合理的布置形式为横向板件间距0.75m、竖向板件间距1.2m、钢板厚度6mm,此时,船撞力折减率为43.79%。