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《桥墩撞击力计算方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、船舶对桥梁的撞击是桥梁设计需要十分重视的课题,不同的计算方法结果差异很大。文章结合广东东江水系上在建桥梁的实例,对国内外现行的防撞设计研究方法进行分析与比较,并根据工点情况选用适合的研究方法。关键词:桥墩;船撞力;分析;运用1概述随着交通运输事业的迅猛发展,一个综合的立体运输体系正在国内迅速发展,跨越大江大河及海洋的桥梁日益增多。与此相对应,在建和已建成的桥梁被撞事故也逐年增加。据统计,长江上发生的船撞桥事故超过120起,其中武汉长江大桥被撞就达68次。2007年6月发生的九江大桥桥墩被撞,导致出现200m长桥面垮蹋、数人死亡的重大安全事故。因此,对船舶等
2、撞击桥梁墩台进行专门研究,合理确定防撞设计标准及配套的安全设施,显得紧迫而必要,具有重要的现实意义,而合理确定撞击力,则是防撞设计首要的环节和基础。船舶撞击力的选取是否恰当,直接影响桥梁结构的安全性和桥梁方案的经济性。在船只碰撞事故中,要确定船对桥梁结构的碰撞力是非常复杂的,既取决于船舶特性和桥梁结构,包括船舶类型、尺寸、速度、船体强度和刚度,桥梁撞击部位尺寸、形状、质量和测向抗力特性,还受碰撞环境、撞击力的偏心和水深影响。目前国内外对船舶撞击力虽有很多研究,国内外的规范中也有相关规定,但因撞击力计算是一个复杂的力学问题,国内外不同的规范所采用的方法不同,
3、计算结果相差也较大,在实际运用中带来较大的困难。本文结合广东东江水系太阳洲东海航道上正在建设的一座桥梁为例,结合国内公路、铁路现行规范,美国AASHTO规范和目前运用较为广泛的德国沃辛公式,对桥墩撞击力计算方法及运用做简单分析。2撞击力计算方法简述经典力学中,处理碰撞问题,一般利用冲量定理和冲量矩定理来确定碰撞双方运动变化的关系,以经验性的恢复系数k来反映碰撞过程中机械能损失的程度,其中相撞的两物体简化为质点,未深究碰撞过程中的力的变化和量度以及具体材料抗冲击性、弹塑性及物体自身的结构组成问题。然而桥梁下部结构与外物的碰撞过程远不象经典力学假设的质点-速度
4、系统那样简单。漂浮物或船只以初速度与桥墩台接触,双方碰撞的局部区域在瞬时冲击力下形成材料弹、塑性变形或脆性破坏;接下来桥墩台发生弹性挠度变形并分别向上下传递,导致上部结构与墩台顶部发生同步或异步位移,地基土、岩体在瞬时作用下产生弹塑性变形;接下来产生弹性变形的各部位依次恢复,而塑性变形则仍然保留,碰撞双方脱离开或是不再相互作用。这一过程时间短、速度快,由于影吶因素繁多,对撞击荷载的计算比较复杂。从工程角度而言,计算都趋于简单化,省略掉次要因素,保留主要因素以能较为准确地反映实际碰撞力。美国公路桥梁设计规范(AASHTO-1994)。因为桥梁被碰撞事件绝大多
5、数是由于暴风雨气候下空驳挣脱锚缆后顺水冲击桥梁所致,故AASHTO规范要求:对于位于水深超过0.6m处的桥墩,一律采用最小撞击力。最小撞击力按一条标准底卸式内河驳船计算,大于标准底卸式内河驳船的,其撞击力根据驳船宽度之比修正。3设计条件本文以广东东江水系上正在建设的一座桥为例,运用上述撞击力公式,对计算结果作计算与比较。太阳洲东海原为内河VI级航道,根据通航标准航道净宽为25m,通航净高为6m。由于水道接近口门段,现有航道水深超过3.0m,地方政府及航道主管部门已将下游规划为5000t级码头港区航道,因此该桥位处通航等级定为Ⅲ级,船舶等级按1000t内河船
6、舶考虑,通航净空取为110m×10m,通航孔为单孔双向,一个主通航孔。因河道与桥位斜交25°,桥梁采用(99+180+99)m跨径,上部结构为预应力混凝土连续梁,中间墩采用单壁实心矩形墩。根据该桥位通航标准(III级),船舶等级按1000t内河船舶考虑,1000t内河船舶尺度(长×宽×吃水深度)为49.9m×15.6m×路桥求职路桥招聘路桥英才网英才网2.8m。载重为1000t的内河船舶自重约667t,船舶的最大排水量为1667t。桥位处实测水流最大流速为0.89m/s,100年一遇的设计流速为1.215m/s。根据水下地形图,通航水深最低为4.9m,船舶
7、安全航行速度为5节,即2.5m/s。船舶撞击桥墩的撞击速度,则取决于船舶的航速、桥梁构件距桥下航行中心线的位置及船身长度。在航道范围内的桥梁构件,其受撞击的速度V为船舶航行速度;在航道边缘,撞击速度呈线性减小,至离航行中线3倍船身长度处,达到最小的撞击速度,可取年平均水流速度。据航道部门的了解,下水方向的船速当通过桥梁时,宜为水流流速的3倍左右,以便于控制航向,不至于随波逐流撞击桥墩。4撞击力计算分析根据上述撞击力计算结果,国内公路、铁路规范计算结果较为接近,而美国AASHTO规范和德国沃辛公式则较为接近,且国外规范或公式计算结果远大于国内规范计算结果,是
8、国内规范计算结果的2.39～3.27倍。根据上述公式分析,国外工程
