桥梁防撞研究技术与方法

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1、桥梁防撞研究技术与方法姜金辉，金允龙，潘溜溜，梁文娟上海船舶运输科学研究所，上海，200135摘要：针对桥梁防撞研究这一工程界热点问题，概述了桥梁防撞研究的一般研究方法和思路，简述了船-桥碰撞力学的计算方法和船撞桥风险概率分析方法，同时结合上海长江大桥工程，对主通航孔桥墩进行了防撞力标准和防撞方案研究。并且利用非线性有限元分析技术对桥墩设计防撞方案进行了性能分析，验证了防撞设施的有效性。关键词：桥梁防撞；防撞装置；非线性有限元；船撞桥概率TechnicsandMethodsofShip-BridgeCollisionsandProtectionJIANG,Jin-hui

2、,JINYun-long,PANLiu-liu,LIANGWen-juan(ShipResearchDivision,ShanghaiShip&ShippingResearchInstitute,Shanghai200135,China)Abstract:Aimingatthehotissuesinengineeringcirclesofbridgesagainstshipcollision,themethodsofship-bridgecollisionandprotectioningeneralaresummarized,includingcalculationme

3、thodsofship-bridgecollisionmechanicsandanalysismethodsofship-bridgecollisionrisk.Furthermore,onthebasisofShanghaiYangziRiverBridgeProject,thevesselimpactforceandthedesignofbridgeprotectiondeviceofthemainpierisresearched.Byusingnon-linearFEM,thepierprotectiondesignisconfirmedtobeeffective

4、.KeyWords:protectionofbridgeagainstshipcollision,bridgeprotectionstructure,non-linearfiniteelement,ship-bridgecollisionrisk1.前言随着经济和交通运输的发展，航运量不断增大，受船舶撞击而诱发的桥梁跨塌事件日益增多。统计资料表明，最近几十年来，世界上发生的船舶撞毁桥墩的重大事故就超过百余起。这类事件往往造成桥梁倒塌，船舶沉没、人员伤亡和水陆运输干线长期中断的严重后果。经济和社会损失巨大。因此，船-桥碰撞及桥梁的防撞研究已成为具有广泛意义的国际性课题，日

5、益引起各国政府、学者、工程界的关注。多年来，国际、国内发展了许多经验公式和简化数值方法[1~3]来预报船撞力，而随着动态非线性有限元技术和计算机硬件的发展，采用有限元数值模拟方法对确定船舶撞击力大小及损伤变形形式，以及研究安装防撞设施后的防撞效果有了一个更准确和直观的分析和描述。本文概述了船-桥碰撞问题的一般研究方法，简述了船撞桥风险分析方法，并以昆兹模型为基础推导出了能应用到船舶撞击桥墩实际情况中的碰撞概率公式，同时-9-针对上海长江大桥工程，利用非线性有限元方法对主通航孔桥桥墩的船舶撞击和防撞设计问题进行了模拟研究。2.桥梁防撞研究的一般方法和思路建设在航道上的桥梁

6、，如果有桥墩位于水中且水深满足船舶吃水要求，就需要研究水中桥墩的船舶防撞问题。一般的桥梁防撞研究涉及两个方面的问题：船撞力标准研究和防撞设计。2.1船撞力标准研究一般来讲，在桥梁的工可设计阶段，就要确定防撞力设计标准，是桥梁设计方案考虑的重要参数和依据之一。对于水中不同位置的桥墩，防撞力标准是不同的。桥墩防撞力设计标准的确定包括以下研究工作：（1）通过桥区调研，收集论证影响大桥防撞的关键参数，包括：a)桥址水域通航船舶的吨位、频率，通航船型历史、现状及预测、船舶通航密度、装载情况；b)不同吨位吨级船舶过桥时的航速，包括上、下水航速；防撞计算中撞击速度的选取以及其合理性评

7、价；c)通航船舶主要参数；d)水文资料、防撞水位、水流速度；e)航道条件、航道等级、航道现状、航道规划；f)桥址处的水流流速流向、风速风向，波浪统计参数；g)桥址周围的港口、码头、渡口位置、船舶密度、吨位信息；h)桥区水域有关航行管理规定及相关信息等。（2）计算船撞力依据调研和论证结果所确定的防撞代表船型，防撞速度、防撞水位、桥梁设计等参数，运用船舶碰撞动力学理论，选取适合的一种或者几种船-桥碰撞计算方法，计算不同桥墩的船舶撞击力。（3）确定防撞力设计标准依据通航船舶的主要尺度、流量密度、航道特征，桥位水文特征参数、桥梁几何参数、航道规划