巫峡长江大桥防撞设计

xx大桥防撞设设计

一、概述

xx大大桥位于xxx县下游游2km的长长江巫峡入入口处，桥桥址河岸陡陡峻，江面面狭窄，呈呈典型的U型河谷。桥桥型为上承承式钢管混混凝土拱桥桥，净跨径径400mm，矢跨比1／5，桥宽199m，主桥桥一孔跨过过长江，拱拱脚直接支支承在两岸岸岸坡基岩岩上。

本桥位于于三峡库区区，受三峡峡水位控制制。测时水水位吴凇高高程74..27m，300年一遇水水位118．00m，而而三峡水库库形成后，蓄蓄水最低水水位145．0（m），最高高水位175．10m，落落差30mm。

本桥钢管管混凝土主主拱起拱线线标高155．64m，通通航控制水水位175．10m，通通航净高118m。即即本共脚以以上37．46m（靠靠拱脚400m）范围围内供圈均均在通航净净空线以下下，着轮船船操作失误误或发生机机械故障，该该部分钢管管混凝土主主拱圈就有有被撞击的的可能。

二、撞击力

xxx大桥河段段现为Ⅱ级航道，三三峡工程正正常蓄水后后，河段将将提高为1一（2）级航道道，通行的的代表性轮轮船及船队队如表1。关于轮船撞击力力的计算公公式很多，各各规范规定定也不同。我我国公路桥桥规规定一一级航道横横桥向撞击击力900kkN，顺桥向向撞击力700kkN；我国铁铁路规范公公式计算为为横桥向撞撞击力102660kN，顺桥向向撞击力55l30kkN；而美国国公路桥梁梁设计规范范横桥撞击击力则达340000kN，约为我我国公路《桥桥规》的38倍。所收收集到的国国内外的部部分桥梁的的船速、撞撞击能、撞撞击力也各各不相同，相相差甚大。

三、防撞方案设设计

1．本桥防防撞设计的的特点

（1）本桥为为主拱圈受受撞，而本本桥拱圈轻轻盈，抵抗抗撞击力较较弱，且防防撞面大，撞撞击力值的的选取，将将对防撞装装置造价产产生巨大影影响。

（2）本桥位位于三峡库库区，高低低水位落差差高达300m。为阻阻挡船舶撞撞击拱圈，防防撞装置必必须

随水位位变化，始始终保持在在水面位置置。

（3）两岸岸岸坡地势陡陡峻，要同同时兼顾水水位和地势势，设置防防撞装置难难度很大。

（4）防撞装置设防线处，水深很大（64．4m)，且水深变化非常大。

（5）河道通航等级较高，轮船撞击能量较大。

2．防撞设计选择方向

（1）本桥主拱圈直接受轮船撞击威胁，主体结构安全受到影响。因此须设计强有力的防撞设施，确保拱圈不受撞击，或只承受桅杆撞击。

(2）设置明显的、较密集的导航标志，加强对航船的引导，避免对桥梁的撞击。

3．防撞设计方案选择

（l）方案一：转轴支撑浮箱方案（图1）

距拱脚40m（水水位175．10m时）处处，两岸各各设一八字字形钢浮箱箱，钢浮箱箱通过钢管管桁架支撑撑于起拱线线下方的钢钢管混凝土土转轴，随随水位的涨涨落，浮箱箱绕转轴按按圆弧轨迹迹升降。

八八字形浮箱箱两端，为为防止失误误轮船绕道道从八字形形浮箱背后后撞击拱圈圈，在八字字形端部与与河岸间增增设一段无无撑架浮箱箱，该浮箱箱一端用长长圆孔套在在河岸的钢钢管混凝土土立柱上，另另一端与八八字形端部部铰接相连连，并支于于八字形端端头牛腿上上。船舶撞撞击时，允允许该浮箱箱比其他部部分的浮箱箱损坏严重重些，但不不得危及拱拱图安全。

在浮箱靠航道侧，设有V形橡胶缓冲体，浮箱与支撑柱间，用多股钢丝绳连接。当轮船撞向浮箱时，首先接触橡胶体，橡胶体缓冲、扩散后，撞击力和能量再传到浮箱→桁架→转轴→支座混凝土体，钢丝绳防止浮箱在竖直切向分力作用下绕轴翻转而丧失抵抗力。

钢丝绳通过设在浮箱和支撑柱上的滑轮组按受力绕成多股，在浮箱上设有钢丝绳卷盘和卷扬机。当浮箱随水位上浮（稍超正常淹没线）时，在浮球作用下，闸阀打开，钢丝绳放松,增长，水位四至正常淹没线时，闸间重新将钢丝卡牢。水位下降时，卷扬机在简易机械的控制下收紧钢丝绳，并将其卡住。

浮箱顶面设置航标导航。

(2）方案二钢管柱垂直升降浮箱（图2）

距拱脚40m，设设置八字形形的钢浮箱箱，浮箱靠靠航道侧设设有V形缓冲橡橡胶体，浮浮箱分三段段：中间直直段和两端端段。每段段浮箱套在在三根以上上的钢管柱柱上，随水水位的涨落落，浮箱沿沿钢管垂直直升

降。钢钢管柱由两两段构成，下下段内浇混混凝土，形形成钢管混混凝土；上上段为空钢钢箱，其内内径比下段段外径稍大大，套在下下段钢管外外面。在浮浮箱升降的的带动下，钢钢管桩可伸伸长缩短，从从而降低低低水位时钢钢管柱的柱柱顶标高，减减小钢管桩桩对主拱圈圈的干扰和和遮挡，改改善视觉效效果。

浮箱箱顶面设置置航标导航航。

上、下下游八字墙墙端部与岸岸坡锚固点点（标高175．10m）间间用钢丝绳绳连接，钢钢丝绳上等等距布置航航标船，以以防轮船从从八字形浮浮背后绕行行。航标船船设置定位位锚索，以以保持航标标船的准确确位置，形形成弧形导导航曲线。

(3)方案三，强化导导航标志（图图三）

在航道边缘（距距起拱线440m外）的的桥轴线和和上、下游游各设一根根与方案二二相似的双双节钢管桩桩，每桩顶顶设一个圆圆形浮箱；；在浮箱上上下游标高高为175．lm处的岸上上设两钢缆缆锚固点，用用钢缆将上上游锚点一一上游浮箱箱一桥轴浮浮箱一下游游浮箱一下下游锚点相相连，形成成椭圆形。在在钢缆上较较密集地固固定航标船船，并用定定位锚索控控制其位置置，使其醒醒目地勾划划出航道边边界，从而而避免和减减少船只对对桥梁的碰碰撞。

4．各防撞撞方案的利利弊及方案案选择

方案案一：撞击击的抵抗能能力最强，能能有效避免免拱圈受撞撞，碰撞时时轮船和防防撞设施破破损均不严严重，易于于修复。此此方案施工工难度较大大，造价最最高，对景景观影响较较小。

方案案二：撞击击抵抗能力力较弱，只只能减弱轮轮船的撞击击能量，减减小对拱圈圈威胁。撞撞击时自身身（桩柱）的的损伤较严严重，修复复难度大。造造型简洁，施施工较第一一方案容易易，造价比比第一方案案低，但外外套钢管桩桩始终没入入水中，养养护维修较较困难。

方方案三：仅仅起导航警警示作用，对对撞击无阻阻挡作用，但但其施工简简单，造价价省，对桥桥梁美观的的影响也小小。

从抗撞撞能力和对对拱圈的有有效保护考考虑，选择择转轴支撑撑浮箱方案案（第一方方案）作为为设计方案案。

四、抗撞能力检检校

据现有有资料查得得的国内外外桥梁防撞撞装置，均均为墩台承承受撞击，且且不乏桥梁梁损毁事例例。本桥为为柔性拱圈圈，且为上上部构造受受撞，这是是尚无先例例的。何况况桥位处水水位落差巨巨大，岸坡坡陡峻，防防撞装置设设置十分艰艰难。撞击击力的取值值，将对防防撞设施的的设置和造造价产生巨巨大影响。

为了安全、合理、经济地设计防撞装置，本桥的防撞设计委托上海船舶研究所进行了模拟撞击计算。

模拟计算的代表船型如表2。

按以上客货轮代代表船型和和碰撞速度度，及可能能的最不利利的撞击角角度（45o），模拟拟撞击计算算结果如表表⒊。

从表中结果可知知，在最大大撞击力的的作用下，本本设计能阻阻挡住失控控的轮船，保保护拱圈安安全。在最最大力撞击击下受撞击击浮箱局部部破损严重重，船舶也也有一定程程度损伤，两两者均无重重大伤害，修修复难度和和费用不高高，此防撞撞设计是成成功的，但但局部细节节还可进一一步优化。

对于拱圈，在防撞装置受损的状况下，有可能受到轮船桅杆的撞击，按《美国公路桥梁设计规范--荷载与抗力系数设计法SI单位第一版1994年》规定：桅杆撞击力为船舶撞击力的1／10。

本桥将此力作用在距拱脚水平距离40m处拱圈侧面，进行了仿真分析，其结构应力如表4。

在船舶（桅杆）撞撞击力作用用下，碰撞撞处局部撑撑杆钢管应应力达251．31MPPa，小于16锰（Q345）钢容许许应力（200XI．3＝2600MPa），满足足设计强度度要求，但但已无更大大的抗撞储储备。除撞撞击处外，其其余杆件受受力均很小小。

五、防撞的经济济代价

本防防船舶碰撞撞装置规模模十分庞大大：顺河向向长155mm，顺桥向2XX42．5m，浮箱箱长2XX2299m。除影影响桥区景景观，压缩缩航道宽度度外，工程程数量十分分巨大，直直接工程费费2171．03万元，占占桥梁主体体直接造价价（87995．09万元）的1／4或总造价价的1／5如表5。

六、结语

在岸坡坡陡峻，水水位变幅大大的条件下下怎么设计计防撞装置置？在没有有类似工程程事例的情情况下，xxx大桥通通过自己的的探索，设设计了转轴轴支撑浮箱箱防撞装置置，适应了了防撞需要要，基本是是成功的。同同行在类似