如皋长江大桥主桥桥墩防撞设计

如皋长江大桥主桥桥墩防撞设计李旭;方海【摘要】TakingtheRugaoYangtzeriverbridgeasbasis,inaccordancewithrelevantstandards,thispaperlistedsometraditionalbridgepieranticollisionforms,emphaticallyelaboratedthespecificdesignscheme,toeffectivelyensureoperationsafetyofbridge.%以如皋长江大桥为依托，根据相关规范标准，列举了一些传统的桥墩防撞形式，着重对该大桥桥墩防撞设计方案作了研究，并阐述了具体的设计方式，以有效保障桥梁的运营安全。【期刊名称】《山西建筑》【年(卷)，期】2015(000)032【总页数】2页(P149-150)【关键词】大桥;桥墩防撞;复合材料浮式防撞设施【作者】李旭;方海【作者单位】东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏南京210096;南京工业大学，江苏南京211800【正文语种】中文【中图分类】U443.22如皋长江大桥跨越长江北汊，桥位位于碾砣港船闸西侧，主桥为95m+218m+95m双塔单索面预应力混凝土斜拉桥。长江北汊规划通航等级为三级，净高10m，其水位受涨落潮控制。从2011年8月份以来，在施工过程中发现进入碾砣港的船舶需停泊在船闸外(大桥东侧)等待涨潮时进入，由于船舶抛锚不牢、无人值班、涨潮迅猛等原因，导致涨潮时船舶失控而多次撞击施工栈桥。为了避免桥梁建成后桥墩船撞事故的发生，对大桥桥墩进行了防船撞设计。2.1采用规范1)JTGB01—2003公路工程技术标准；2)JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范;3)JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；4)GB50139—2004内河通航标准；5)JTJ211—99海港总平面设计规范；6)JTJ213—98(交通部)海港水文规范。2.2参考规范1)《GuideSpecificationandCommentaryforVesselCollisionDesignofHighwayBridges》(AASHTO，1991)；2)ShipCollisionwithBridges，InternationalAssociationforBridgeandStructuralEngineering，1993(IABSE)；3)ShipCollisionduetothePresenceofBridges(PIANC，2001)。2.3技术标准1)通航水位。设计最高通航水位：4.5m。2)船撞作用标准值。按内河B级航道，根据JTGD60—2004公路桥涵设计通用规范取值。传统的桥墩防撞形式主要有：1)缓冲材料设施方式。采用橡胶等受力后易变形的材料，形成桥墩周围的缓冲保护层。此种防撞方案适用于小型船舶碰撞情况，或在其他防撞设施中配合使用。缺点是橡胶的老化寿命在十年左右。2)重力方式。薄壳筑沙围堰防护系统是目前最成功的防撞保护系统之一。它施工简捷，维护工作量少，能根据抵抗撞击的需要进行相应的设计，有很大的吸收撞击能量的能力。适用于大型船舶的防撞。3)护墩桩方式。集群式护墩桩由斜桩或竖直桩组成，桩的顶部用缓冲梁互相联接，通过群桩联合变形而消能。荆州长江公路大桥和东海大桥应用了集群式护墩桩，造价偏高。4）人工岛。能向桥梁提供良好的防撞能力。但是在地质条件较差的桥位不宜采用。5）钢围堰或钢套箱。桥墩施工结束后，利用原施工平台，作为防撞的支承结构，可减少防撞设施的投资。适用于高桩承台，不适用于墩身，且钢结构存在耐久性问题。6）浮体系泊方式。该防撞设施由浮体、钢丝绳、锚碇物等组成。当受到撞击时，通过浮体移动、钢丝绳变形、锚碇物移动消能。即使在深水条件下，造价较低，缓冲变形量大，对船舶有较好的保护作用。但对于吃水浅的部分船舶及无球首的船舶，容易把浮体滑入船底而失效。7）浮式钢套箱。在主墩周围安装浮式钢套箱，利用钢结构塑性变形进行消能。设施由钢结构及橡胶件组成。这种结构在被撞击时，绝大部分撞击力仍要桥墩承担。目前已经实施的最大的抗撞浮箱的抵抗能力为3000t级船舶，造价约1000万元。缺点是后期维护费用高。4.1主桥主墩防撞设计根据主墩结构特点、防撞等级、船舶撞击力大小，设计采用筒型复合材料防撞设施，由直线段构件与弯头构件组装而成，布置在桥墩四周。防撞筒型号为D200，标准节段的直径为2.0m。防撞设施的外壳为树脂基纤维增强复合材料，内部填灌缓冲耗能材料，其中外筒与内筒之间填充聚氨酯弹性粘结材料，内筒填充轻质摩擦颗粒材料，综合密度约为300kg/m3。复合材料的弹性模量约为钢材的1/10，具有大变形能力，约压缩1/2直径而不破坏，因此能有效保护船舶不受局部损伤。聚氨酯弹性材料具有较高的抗剪切和界面粘结性能，轻质摩擦颗粒材料可有效提高内筒刚度，并能限制夕卜筒与内筒的变形，保证其不发生较大变形而导致破裂。防撞设施采用工厂节段制造，现场通过粘结或法兰连接组装，施工速度快，后期维护或更换方便。设计复合材料防撞系统与桥墩之间实现上下浮动，以适应桥位处涨落潮水位差较大的特点。主墩防撞设计的立面布置图和平面布置图参见图1。船舶撞击桥墩时，防撞筒具有大变形能力，延长碰撞的时间，达到消能的效果，不但保护了桥墩，同时也可有效保护船舶不至于受损。4.2主桥边墩防撞设计边墩为等截面桥墩，设计采用自浮式箱型复合材料防撞设施，可随水位的变化自动升降。箱型复合材料防撞圈型号为H200，高度2m，宽度1m，夕卜壳为纤维复合材料，在防撞圈的内侧设置拱形橡胶护舷，橡胶护舷的高度为0.5m,橡胶护舷内侧与桥墩接触处采用30mm厚四氟滑板，防撞设施与桥墩之间可上下浮动。夕卜壳材料的弹性模量约为钢材的1/10，具有大变形能力。箱内采用复合材料加劲腹板增强，形成格构，内部填充轻质耗能芯材，增强抗剪切性能。通过防撞设施的设计，最大船撞力可削减50%以上。防撞圈两端设计为尖形，船舶成角度撞击后，可转动一定角度，拨离船舶行驶方向，避免正向撞击，大大减小撞击力以保护桥墩。复合材料防撞圈采用工厂节段制造，现场通过尼龙棒销接组装，施工速度快，后期维护或更换方便。船舶正对桥墩撞击时，橡胶护舷与桥墩接触发生弹性变形，吸收碰撞能量；当船舶呈一定角度撞击时，防撞系统可转动一定角度，拨离船舶行驶方向；箱型防撞圈本身也能承受较大的撞击力。由于复合材料防撞系统具有自浮性、可转动性、缓冲性、弹性模量低等特点，亦可有效保护船舶不至于严重受损。边墩防撞设计的立面布置图和平面布置图参见图2。近年来，船撞事故不断增多，造成了很大的损失，有些甚至造成了很大的悲剧。通过对桥墩进行防撞设计，避免船舶与桥墩直接碰撞，一方面保障了桥梁自身安全，另一方面也保障船舶的安全，减少相互的维护费用，是一种有效的解决船撞桥的防护措施，特别是本桥采用的复合材料防撞设施，安装维护方便，耐久性好，适应性强，造价合理，具有良好的经济效益和社会效益，可为其他桥梁的防撞设计提供借鉴。【相关文献】巫祖烈,徐东丰.桥墩防撞装置评述[J].重庆交通学院学报，2006,25(6):22-26.王智祥，巫祖烈，王家林，等.一