聚氨酯-钢板夹层结构是在两层钢板之间注入聚氨酯核芯,由弹性体芯材与钢板内表层牢固粘接而形成的复合结构。现已在国外用于直升机抗冲击用停机坪、公路护栏防撞、桥面板的更换与桥面板的修复加固等应用中。该复合结构材料良好的抗冲击、抗撞击、耐压、耐久性能在建筑工程领域正在不断被证明。然而,目前这种聚氨酯-钢板夹层复合结构材料在国内桥梁工程行业尚未得到应用,并且无相应的设计规范和准则。另一方面,我国的交通运输行业正飞速发展,跨通航江河以及跨海的大型桥梁日益增多,船舶撞击桥墩的灾害性事故日趋频繁,由此所导致的人员伤亡、财产损失也日趋严重。因此,近年来船桥碰撞机理尤其是各种桥墩防撞装置的研究受到越来越多的重视。在此背景下,本文结合聚氨酯-钢板夹层结构材料性能和桥梁防撞设施研究,充分利用这种新型复合结构材料的良好的抗冲防撞的特点来设计桥梁防撞设施,以有限元计算为基础,开展聚氨酯-钢板夹层结构材料在桥梁防撞中的受力性能研究,进一步揭示聚氨酯-钢板夹层结构材料的一些特点,为聚氨酯-钢板夹层结构技术在国内的应用提供可靠的依据。首先,本文对课题的研究背景进行阐述,对桥梁防撞设施和聚氨酯-钢夹层结构材料的研究和使用现状进行了归纳总结。其次,对船桥碰撞的机理进行了消化吸收,分析讨论了数值仿真计算中的关键技术,重点围绕显式有限元法的基本控制方程、有限元离散方程及摩擦接触控制展开。最后,本文主要围绕防撞套箱模型化处理的相关方法,讨论了船碰过程中碰撞力学机理与能量吸收机制两大问题,在对碰撞计算机仿真模拟的关键技术进行探讨的基础上,通过大型通用有限元软件ANSYS/LS—DYNA对一艘100吨级散货船横桥向正撞广东某大桥桥墩防撞聚氨酯-钢板夹层结构套箱这一碰撞实例进行了仿真计算,分析了碰撞中构件吸能特性与能量耗散规律,比较了结构形式的不同对能量吸收效果的影响,给出了对结构进行优化改进的相关措施。计算分析了不同厚度的聚氨酯-钢夹层结构在碰撞过程中的动力响应,比较了结构刚度的变化对碰撞动能吸收效果的影响。总之,本文提出一种新型的结构防撞设施,将聚氨酯-钢夹层结构引入到桥梁防撞的工程应用研究之中。通过有限元仿真分析,证明了聚氨酯-钢夹层结构具有良好的抗撞击效果。