浅谈桥墩抗撞设计

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1、浅谈桥墩抗撞设计［摘要］通航内河上修建的桥梁，桥梁桥墩需考虑船舶的撞击作用。桥墩的抗撞与防撞设计关系到桥梁结构的安全。不同的船舶撞击工况对桥墩的撞击力不同，铁路与公路小对船舶撞击力的计算方法亦不同，我们需根据不同的情况进行分析。结合工程实例，分析桥墩防撞设计的要点。［关键词］内河通航；航速；桥墩；撞击力；位移；裂缝文章编号：2095-4085（2017）02-0055-03内航河上修建桥梁，其水上设墩吋，需考虑船舶的撞□朦赡节裕□需设置防撞措施或验算桥墩的防撞能力。上海地区河道众多，其中较多为通航河。航道等较低的

2、河上修建桥梁时，通常情况卜•桥墩不设置防撞措施。因无防撞措施，船舶掠击桥墩时，两者刚度均较人,桥墩抗撞能力对桥梁结构的安全显得尤为重要。本文结合工程实例对桥墩抗撞进行简要分析。1船舶碰撞分析船舶与桥墩碰撞时不同的撞击角度其撞击作用力是不相同的，需分析船舶撞击角度，以便对桥墩抗撞击能力进行分析。（1）情况一：船船正对着桥墩相撞，和撞后顶住不动，船船全部动能与桥墩交换（图1所示）。船舶撞击力主要为横桥向的作用力。（2）情况二：船舶与桥墩成一定交角碰撞。撞击力分为横桥向与顺桥向。其中船舶与桥墩成交角碰撞时又分为船头与桥

3、墩碰撞与船身与桥墩碰撞两种悄况。一般情况设定船头与桥墩碰掠后，船的全部动能由桥墩來承受（图2所示）；船身与桥墩碰撞时（图3所示）,桥墩承受的碰撞动能较与船头碰撞的动能小。（3）横桥向桥墩验算时，最不利工况为工况一，此工况为设计时考虑的主要工况。验算桥梁横桥向与顺桥向共同撞击作用力时，选取情况二屮船头与桥墩成交也碰撞的工况分析。2撞击力计算方法规范中对船舶撞击力的计算一般采用“静力法匕其假定船舶作用于墩台上的有效动能全部转化为碰撞力所做的静力功來计算。规范屮对撞击力进行了简化计算，省略其次要因索保留其主要因素，能较

4、为准确地反应实际的碰撞力。口前国内设计吋注意参考以下三种设计规范。（1）公路规范，在《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2015）中，漂流物横桥向撞击力设计值计算公式为：漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点。其将船舶撞击作为一种偶然荷载来分析。如缺乏实际调查资料时，可参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2015）«

5、>4.4章节中关于不同等级航道船舶的撞击作用力设计值进行的规定（表1）。规范中规定：内河船舶的撞击作川点，假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或者长度的中点。（3）美国规范，《美国

6、公路桥梁设计规范》（AASHTO—1994）中，其对于水深超过0.6m处的桥墩，一律按最小撞击力设计。最小撞击力按一个标准底卸式内河驳船计算，人于标准底卸式内河驳船的，其撞击力根据驳船的宽度之比进行修正。计算公式为：Ps=6.0xl06+16000aB（aB>100mm）及Ps=6.0xl04+1600aB（aB>100mm）,其撞击力考虑了驳船的排水量、撞击速度、水动力质量系数、撞击能屋等综合因素，其方法计算明确，综合考虑因素能较为准确的计算出实际船舶碰撞时产生的撞击力。(4)对于国内的中小河，其通航等级较低，

7、通航的船舶吨位亦较小，因此对于低等级的通航内河，桥墩抗撞设计时通常参照《公路桥涵设计通用规范》(JTG-2015)中的相关规定来对桥墩的抗撞能力进行验算。3内河航道通航速度船舶以不同的航速发生撞基吋，撞击的能屋是不同的。对桥梁抗撞进行分析吋，首先应分析航道内船舶的通航速度。根据《内河航道工程设计规范》(DG/TJ08-2116-2012)中3.3节中的3.3.5屮对通航内河航速进行了相关分析(表2)。4工程实例分析4.1工程概况上海某路跨越规划为7级的通航河，其规划河口宽28m,通航净宽要求不小于16m,通航孔梁

8、底控制标高26.0(m),其设计最高通航水位为3.2(m)。因道路为市政道路，道路标高受周边建筑物地形限制，新建桥梁需尽量降低桥而标高，因此新建桥梁采用10(m)+20(m)+10(m)三跨简支布置。桥梁上部釆用预制预应力钢接空心板梁，卞部桥墩采用桩柱式桥墩，桥台采用扶壁式桥墩。基础采用0800mm的钻孔灌注桩。航道通航等级较低，通常情况下桥墩不设置防撞措施。设计时需考虑桥墩的抗撞能力,其应满足桥墩受船舶撞击时。撞击作用力F：桥墩阜础应满足其变形在允许范围内，桥墩其承载力满足撞击作用力要求(图4)。4.2桥墩最大

9、抗撞力分析由于本项目的通航等级较低，可根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG-2015)中和关规定进行简化计算。对于川级航道，一般航段设计时，如采川公路规范,采用最大航速13km/h计算最大横向扌童击力为183.67kN：限制航速6kin/h计算最人横向撞击力为85.03kN。采用铁路规范，采用最人航速13km/h计算得最人撞击力为246.25kN；限制航速6km/h计算