浅谈某公路大桥通航孔桥墩防撞技术

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1、浅谈某公路大桥通航孔桥墩防撞技术摘要：本文对大桥的6#、7#通航孔桥墩推荐了“浮式等截面桥墩防撞”设施。运用非线性有限元结构分析程序ls-dyna，建立了船舶、刚性桥墩、防撞设施的三维有限元计算模型，进行了碰撞分析计算，计算表明防撞方案经济、可行，是一种较好的满足高水位落差条件的防撞设施。关键词：船舶；刚性桥墩；有限元计算；碰撞；防撞设施研究某公路大桥工程于2001年7月开工，2004年7月1日建成通车。主塔高212米，居同类型桥梁亚洲第一。根据该地区蓄水要求，水位变化在设计最低通航水位133.234m，与设计最高通航水位为173.234m之间变化，该公路大桥的通航

2、孔位于大桥南侧的#6、#7主桥墩间，北岸侧#4、#5、#6桥墩间有3个连续单跨桥孔，属非通航孔（如图1.1）。随着水位的变化，大桥#6、#7主桥墩船撞风险加大，如有船舶撞击通航孔桥墩，将严重威胁大桥安全。图1.1该公路大桥立面图1大桥主墩防撞研究的必要性船舶与桥梁的碰撞问题，直接威胁到交通运输和人民生命财产的安全性。我国长江中上游地区，水路和陆路运输繁忙，有很多地区的桥位处，一方面，航道具有狭窄、弯曲、水流湍急等特点，船舶经过桥区河段时操控难度大；另一方面，航运单位为降低营运成本，船型向大吨位和小马力的趋势发展，使船舶操纵性能降低，桥梁船舶碰撞几率大大增加。该公路大

3、桥属于已建工程，该桥已经运行多年，桥区雾大、船多，期间发生了数次船舶偏离正常航线的事件，在当地海事、航道部门应急处理后，方避免了船舶撞击桥墩的灾难后果。该桥梁目前存在一些需要预防的问题：1）桥梁设计时，通航孔#6、#7主桥墩本身具有一定的抗撞能力，但过去的公路或铁路桥梁设计规范关于船撞力标准已经严重不能满足现在的船撞力要求,桥墩实际船舶撞击力严重不足；2）该公路大桥设计时，参考上游桥型对#6、#7通航孔主墩进行了防撞力标准取值，其主桥墩设计防撞能力为:顺桥向5000kn，横桥向8000kn。桥梁设计满足相关规范要求，但考虑近几年来船舶大吨位、大马力发展趋势，如发生撞

4、桥事故，产生的撞击力有可能远大于大桥设计防撞能力，严重影响桥梁安全。船舶碰撞桥梁问题涉及多个学科，如水动力学、岩土力学、地质学、桥梁工程、船舶驾驶（航海）、铁路公路运输、船舶结构力学（外力和响应）、碰撞力学（冲击动力学和塑性力学）、船舶导航、通讯、仪表，以及船舶材料力学等等。船舶撞击桥梁事故发生后，往往会造成结构破损、货物泄漏、环境污染和人员伤亡，甚至桥梁和/船舶损毁等灾难性的后果。为充分汲取2007年“6.15”广东九江大桥船撞事故教训，避免类似事件再次发生，无论是从安全上、经济上、还是从环境保护上来看，对大桥6#、7#两个通航孔桥墩进行更细致的船桥碰撞研究显得十

5、分的必要，而且具有极大的现实、经济和社会意义。2大桥主墩防撞方案研究2.1桥梁防撞的基本原理采用桥梁防撞设施的目的是，防止桥梁因船舶撞击力超过桥墩的设计承受能力，保护桥梁结构安全。桥梁防撞的基本原理是，通过采用不同型式的防撞设施（如，桩方式、人工岛方式等等），阻止船舶撞击力传到桥墩（或桥梁）；或者通过缓冲消能防撞设施（如，缓冲设施工程方式、薄壳筑沙围堰方式等等），延长船舶的撞击时间，减小船舶撞击力，从而最终保护桥梁安全。2.2主墩防撞方案研究该公路大桥桥区水位变化频繁，一年四季水位落差变化较大，最大水位落差达30m左右；大桥#6、#7通航主桥墩实际船舶撞击力严重不足

6、。防撞设施的设计需要考虑桥墩的自身抗撞能力、桥墩的位置、桥墩的外形、水流的速度、水位变化情况、通航船舶的类型、碰撞速度等因素。针对该桥实际情况，桥梁防撞设施应满足如下要求：（1）对撞击船舶的能量（动能）进行消能缓冲，使船舶结构不能直接撞击桥墩结构，或使船舶碰撞力控制在安全范围内；（2）能够满足各种水位条件和各种船舶的装载状态下，撞击的船舶结构不能直接触及墩壁，水下的球首部分不能直接撞击桩基础；（3）防撞设施结构不能影响航道的通航尺度，占用航道尺度应尽量少；（4）采用各种缓冲阻尼材料，尽量减小通航船舶的损伤；（5）通过合理的结构形式和结构布置，使船撞事故发生后，通过防

7、撞结构的变形、压溃和撕裂，拨动船头方向，让碰撞船舶带走更多能量，减少桥梁吸收的能量，降低船撞力；（6）防撞设施具有很好的可靠性和安全性，制造、安装、维护和修理的经济性较好。根据该公路大桥的具体特点，对大桥#6、#7通航主桥墩提出了“浮式等截面多级消能柔性防撞”方案。该方案在国内已经有了多项成功的工程实例，如：武汉理工大学交通学院、武汉中创桥梁防撞设施工程有限公司实施的宜昌宜万铁路长江大桥主桥墩、武广客运专线北江特大桥主桥墩、福建温福铁路白马河特大桥主桥墩的防撞设施设计、制造与安装工程，这些防撞设施能够自动拨动船头航向，加大吸能量，减少撞击船舶与桥梁间的能量交换，