桥梁防撞设计的常用方法探讨论文.pdf

1、第 3 4卷第 2 7期 V0 1 3 4 No 2 7 企 业 技术 开 发 T EC HNOL OGI C AL DEVEL OP MENT OF ENT ERP RI S E 2 0 1 5年 9月 Se p 201 5 桥梁防撞设计的常用方法探讨 顾承杰(江苏省交通规划设计 院股份有限公司，江苏 南京 2 1 0 0 1 4)摘要：桥梁是重要的交通枢纽，一旦船舶与桥梁发生撞击，将会造成船舶被撞坏、沉没和桥 梁被撞损、坍塌的严重 后果，带来 巨大的经济损失和人 身伤害。文章针对国内外桥梁防撞现有的技术，简析 了桥 梁防撞设计的常用方法及其 优缺点，并以某跨海大桥桥墩的防撞设计为例进行探讨

2、。关键词：桥梁防撞；常用方法；方案；设计 中图分类号：U 4 2 2 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 6 8 9 3 7(2 0 1 5)2 7 0 1 4 7 0 2 1 加强桥梁防撞方案设计的必要性 随着交通运输和内河航运的发展，我国航运量不断增大，船舶撞击桥梁的问题也越来越突出。根据相关机构公布的数 据显示，世界上发生船舶撞击桥梁的事故已经达到上百件。我国自2 0 0 6 年以来，杭州湾跨海大桥、广东九江大桥、江苏 昆山大洋桥、上海大治河大桥、湖南平阳范固桥等跨河大桥 相继发生船舶撞击桥梁的事故，经济损失、人员伤亡严重，使得桥梁防撞设计受到了工程界人士的广泛关注。为了避免 此类

3、事故的发生，应加强桥梁防撞方案设计，充分发挥防护 装置的作用。2 常用的桥梁防撞设计方法 2 1 主动防撞和被动防撞设计方法 综合国内桥梁防撞设计既有的技术，桥梁防撞设计方法 主要有两种：主动防撞和被动防撞。主动防撞设计，是通过 对船舶的航行管理和航行轨迹进行干预，避免船舶撞击桥梁 事故发生的一种方法；被动防撞设计，是通过桥墩 自身的加 强或者辅助防撞设施来抵御船舶的撞击，进而避免撞击事故 发生或降低受损程度的方法。主动防撞设计是一项 比较复杂的系统工程，设计方案能 否成功，取决于人的素质、技术水平、资金等各方面因素，因此有着较高的要求。被动防撞设计对防撞结构的强度和辅 助设施的消能效果要求较

4、高。2 2 我国采用被动防撞设计方法的主要内容 我国在桥梁防撞设计上主要采用被动防撞设计方法，具 体的防撞设计方法如下。2 2 1 人工岛 人工岛是一种用圬工岛将桥墩台阻隔、消能的防撞设计 方法。适用于航道水位浅、江面宽阔条件下的桥梁工程。实 际运用中，存在侵占水面多、改变航道原有水流环境的缺点，由于刚性较大，对船舶破坏力较大。2 2 2 墩外墩 墩外墩在桥墩外围设置防撞墩，用以消除船舶撞击带来 的全部或部分动能。适用于航道水位浅、基础条件好、水位 落差小及设置后不阻碍通航条件下的桥梁工程。实际运用中 作者简介：顾 承杰(1 9 8 0 一)，男，江 苏南京人，大学本科，工程师 主要从 事路桥

5、设 计工作。会侵 占水面，对地基要求较高。若是对深水位的桥梁工程采 用这种防撞方法，造价将会大幅度提高。2 2 3 围堰 围堰在桥墩外围的水底打人一圈混凝土桩或钢板桩，形 成一个相互紧扣的围堰结构，利用变形来抵抗船舶的撞击力，既可以保护桥梁，又可以减轻船舶的损坏程度。适用于航道 水位浅、基础条件好、设置后不阻碍通航条件下的桥梁工程。实际运用中存在改变水流环境、侵占水面的缺点。2 2 4 防撞桩群 防撞桩群在桥墩外围设置更多的根桩，吸收船舶撞击带 来的全部或部分动能。设计过程中，要求桩群消减能和墩台 抗力之和大于船舶的撞击力，这样才能保护墩台，减轻船舶 损坏的严重程度，达到良好的防撞效果。这种桥

6、梁防撞设计 方法适用于航道水位浅、水位落差小、基础条件好、设置后 不阻碍通航条件下的桥梁工程，存在侵占水面较大的缺点。2 2 5 实体墩 实体墩提高桥梁工程墩台的强度，使桥梁工程利用墩台 的强度来抵抗船舶的撞击力。适用于水位落差大、航道紧张 条件下的桥梁工程。实际运用中，该方案不受船舶撞击方向 的影响，但由于桥墩刚度大，对船舶的破坏力大。2 2 6 漂浮式柔性防撞系统 漂浮式柔性防撞系统利用绳柔性网等耗能器或浮链消减 船舶撞击传来的动能，具有保护墩台、减轻对撞击船舶破坏 的优势。适用于航道宽阔、设置后不阻碍通航条件下的桥梁 工程。2 2 7 耗能吸收元件 耗能吸收元件主要利用橡胶或塑性囊体吸收

7、船舶撞击桥 梁的部分动能，要求设置后和墩台的合抗力大于船舶的撞击 力。适用于航道宽阔条件下的桥梁工程。实际应用中，具有 保护桥梁和船舶的优势，但是对大型船舶的意义不大。因为 大型船舶撞击桥梁的动能较大，而橡胶或塑性囊体吸收的部 分撞力只能抵消大型船舶撞力的一小部分，达不到保护桥梁 的作用。3 某跨海大桥桥墩防撞设计分析 3 1工程 概 况 某跨海大桥，由于受风、浪、水流荷载、地震惯性力和 汽车制动力等因素的影响较大，在桥梁设计中增大了桥墩水 1 4 8 企业 技术开发 2 0 1 5 年9 月 平承载力，但是防撞能力依然没有得到有效的改善，对撞击 振动比较敏感。所以，需要采取一定的防撞措施，尽

8、量降低 船舶撞击带来的破坏性影响。该桥的主航道孔塔柱基础采用 的是高桩承台结构，桩基为直径 2 5 0 0 n l lff l 的混凝土灌注桩。下面主要论述针对主航道孔的桥墩防撞方案设计。3 2防撞设计 3 2 1 防撞设计分析 第一，从实际勘探结果来看，桥墩地基条件差，表层为 淤泥，持力层较深，不适宜采用适用于地基条件好的防撞设 计方案，如墩外墩、围堰等。第二，海浪、潮流流速较大，不适于采用漂浮式柔性防 撞系统，难以保证防护装置稳定。第三，海水的腐蚀性严重，易腐蚀防撞结构，要求防撞 结构具有较高的防腐蚀性能。第四，海上施工作业困难，应当采用安装便捷、修复快 速的防撞结构型式。3 2 2 船舶

9、撞击力计算 鉴于我国尚未形成完整和系统的桥梁防撞设计规范，设 有系统的船舶撞击力计算公式，因此，参考国际上通用的规 范，这里采用美国桥梁设计规范中的船舶撞击力计算公式：1 21 0 v D”v 表示撞击速度，D T表示船舶载重量。确定采用的船舶撞击力计算公式后，收集整理计算需要 的相关数据，包括船舶撞击速度、船舶排水量、水位情况、通航孔径等，然后输入公式中，得到主通航孔在不同船舶排 水量、不同撞击模式、不同撞击速度下的船撞力，见表 1。表 1主通航孔 的船撞 力 C m 表示流体动力系数，表示船舶排水量，表示撞击 速度，e表示偏心系数，表示柔性系数，表示形状系数。计算前，收集整理需要的数据，包

10、括满载排水量、水动 力系数、撞击速度、有效撞击动能等，然后输人计算公式中，得到防撞结构吸收能量，见表 2。表 2 防撞结构吸收能量 3 2 4 防撞方 案设计 基于以上分析，我们知道了此桥梁防撞设计要求，以及 需要考虑的船舶撞击力、防撞结构吸收能量数据，再结合桥 墩采用高桩承台结构，基桩为 2 5 0 0 mm的钻孔灌注桩，可承 受 1 0 0 0 0 t 级别的船舶撞击力，所以提出采用悬浮式的防撞 结构。基于这样的考量，对主通航孔处桥墩提出了这样的防 撞设计方案：混凝土防撞承台和橡胶护舷混合型。简单地说，就是把围堰和耗能吸收元件两种防撞设计方法有机的结合起 来，充分发挥两种防撞设计方法的优势

11、，以达到防护桥梁的 目的。通过有限元仿真分析，这种设计符合该工程特点，满 足主航道孔桥墩防撞要求。4 结语 综上所述，桥梁 防撞 设计方法 是多种多样 的，如何从众 多方法中选出最适合的方法，要以桥梁工程实际的工程地质 条件和防撞要求等为基本依据。为此，进行桥梁防撞设计时，要全面掌握桥梁的工程地质条件和设计 中需要的各种数据，为防撞方案设计提供基本的数据支持，推动防撞设计工作的 有序开展，保证防撞方案设计的科学性和有效性，满足桥梁 防撞要求。在今后的工作中，应当不断加强桥梁防撞设计研 究力度，不断提高桥梁防撞设计方法的技术水平，为桥梁安 全提供基本的保障，降低船舶撞击桥梁事故的发生率及其危 害程度，保护生命财产安全。参考文献 3 2 3 防撞结构吸收能量计算 同样，由于我国尚未形成完善和标准的计算方式，参考 1 李华文防范船撞桥事故的思考叨 世界海运，2 0 1 2，(3)国际上通用的计算方式，这里采用英国标准 B S 6 3 4 9中的公 2 1 张少为-近十年国内桥梁防撞研究述评 河南科技，2 0 1 2，(3)式进行防撞结构吸收能量计算：Ef=lCM d C s Cc