浅谈桥墩抗撞设计.pdf

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1、２０１７年２月浅谈桥墩抗撞设计杨元锦（上海市浦东新区规划建筑设计有限公司，上海２００２３５）［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，铁路与公路中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，其水上设墩时，需考虑船舶的撞击可能性，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

2、通航河。航道等较低的河上修建桥梁时，通常情况下桥墩不设置防撞措施。因无防撞措施，船舶撞击桥墩时，两者刚度均较大，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。图２船舶斜撞示意图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：船舶正对着桥墩相撞，相撞后顶住不动，船舶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。图３船舶斜撞示意图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”，其假定船舶作用于墩台上的有效动能全部转图１船舶

3、正撞示意图化为碰撞力所做的静力功来计算。规范中对撞击力进行了简化计算，省略其次要因素保留其主要因素，（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能较为准确地反应实际的碰撞力。目前国内设计时碰撞时又分为船头与桥墩碰撞与船身与桥墩碰撞两注意参考以下三种设计规范。种情况。一般情况设定船头与桥墩碰撞后，船的全（１）公路规范，在《公路桥涵设计通用规范》部动能由桥墩来承受（图（ＪＴＧ－２０１５）［１］中，漂流物横桥向撞击力设计值计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算公式为：，漂流物的撞击作用点假定在计

4、算通航的动能小。水位线上桥墩宽度的中点。（３）横桥向桥墩验算时，最不利工况为工况一，其将船舶撞击作为一种偶然荷载来分析。如缺此工况为设计时考虑的主要工况。验算桥梁横桥向乏实际调查资料时，可参照《公路桥涵设计通用规与顺桥向共同撞击作用力时，选取情况二中船头与范》（ＪＴＧ－２０１５）［１］中４．４章节中关于不同等级航桥墩成交角碰撞的工况分析。道船舶的撞击作用力设计值进行的规定（表１）。·５５·表１内河船舶撞击作用设计值表２代表船型的设计航速内河航船舶吨级横桥向撞击顺桥向撞击设计航速航道位置道等级ＤＷＴ／ｔ作用／ｋＮ作用／ｋＮⅡ～Ⅳ级航道Ⅴ～Ⅶ级航道四５００５５０４５０一

5、般航段顺直微弯航段≤１５ｋｍ／ｈ、≥８ｋｍ／ｈ≤１３ｋｍ／ｈ、≥６ｋｍ／ｈ五３００４００３５０弯弯道转角１５°～４５°≤１３ｋｍ／ｈ六１００２５０２００特弯道转角４６°～７５°≤１０ｋｍ／ｈ七５０１５０１２５殊道弯道转角≥４５°宜开展专题研究确定航航道交汇口宜开展专题研究确定规范中规定：内河船舶的撞击作用点，假定为计段算通航水位线以上２ｍ的桥墩宽度或者长度的中水中设墩桥区航道≤１３ｋｍ／ｈ、≥８ｋｍ／ｈ点。船闸引航道≤１０ｋｍ／ｈ、≥８ｋｍ／ｈ（２）铁路规范，《铁路桥涵设计基本规范》口宽２８ｍ，通航净宽要求不小于１６ｍ，通航孔梁底（ＴＢ１０００２．１—２００５）［２

6、］中４．４．６条，墩台承受船只控制标高≥６．０（ｍ），其设计最高通航水位为３．２的撞击力计算公式为：Ｆ＝γυｓｉｎα槡Ｗ／（Ｃ１＋Ｃ２），（ｍ）。因道路为市政道路，道路标高受周边建筑物撞击作用力高度应根据具体情况确定，缺乏资料时地形限制，新建桥梁需尽量降低桥面标高，因此新建可采用通航水位高度。桥梁采用１０（ｍ）＋２０（ｍ）＋１０（ｍ）三跨简支布置。（３）美国规范，《美国公路桥梁设计规范》桥梁上部采用预制预应力钢接空心板梁，下部桥墩（ＡＡＳＨＴＯ—１９９４）［３］中，其对于水深超过０．６ｍ处采用桩柱式桥墩，桥台采用扶壁式桥墩。基础采用的桥墩，一律按最小撞击力设计。最小

7、撞击力按一φ８００ｍｍ的钻孔灌注桩。个标准底卸式内河驳船计算，大于标准底卸式内河驳船的，其撞击力根据驳船的宽度之比进行修正。６计算公式为：Ｐｓ＝６．０×１０＋１６００αＢ（αＢ≥１００ｍｍ）及４Ｐｓ＝６．０×１０＋１６００αＢ（αＢ≥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、撞击能量等综合因素，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图４桥梁立面布置图力。航道通航等级较低，通常情况下桥墩不设置防（４）对于国内的中小河，其通航等级较低，通航撞措施。设计时需考虑桥墩的抗撞能力，其应满足的船舶吨位亦较小，因此对于