如皋長江大橋主橋橋墩防撞設(shè)計(jì)

如皋長江大橋主橋橋墩防撞設(shè)計(jì)李旭;方海【摘要】TakingtheRugaoYangtzeriverbridgeasbasis,inaccordancewithrelevantstandards,thispaperlistedsometraditionalbridgepieranticollisionforms,emphaticallyelaboratedthespecificdesignscheme,toeffectivelyensureoperationsafetyofbridge.%以如皋長江大橋?yàn)橐劳?，根?jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，列舉了一些傳統(tǒng)的橋墩防撞形式，著重對該大橋橋墩防撞設(shè)計(jì)方案作了研究，并闡述了具體的設(shè)計(jì)方式，以有效保障橋梁的運(yùn)營安全?！酒诳Q】《山西建筑》【年(卷)，期】2015(000)032【總頁數(shù)】2頁(P149-150)【關(guān)鍵詞】大橋;橋墩防撞;復(fù)合材料浮式防撞設(shè)施【作者】李旭;方?！咀髡邌挝弧繓|南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇南京210096;南京工業(yè)大學(xué)，江蘇南京211800【正文語種】中文【中圖分類】U443.22如皋長江大橋跨越長江北汊，橋位位于碾砣港船閘西側(cè)，主橋?yàn)?5m+218m+95m雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。長江北汊規(guī)劃通航等級為三級，凈高10m，其水位受漲落潮控制。從2011年8月份以來，在施工過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)入碾砣港的船舶需停泊在船閘外(大橋東側(cè))等待漲潮時(shí)進(jìn)入，由于船舶拋錨不牢、無人值班、漲潮迅猛等原因，導(dǎo)致漲潮時(shí)船舶失控而多次撞擊施工棧橋。為了避免橋梁建成后橋墩船撞事故的發(fā)生，對大橋橋墩進(jìn)行了防船撞設(shè)計(jì)。2.1采用規(guī)范1)JTGB01—2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2)JTGD60—2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范;3)JTGD62—2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范；4)GB50139—2004內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)；5)JTJ211—99海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范；6)JTJ213—98(交通部)海港水文規(guī)范。2.2參考規(guī)范1)《GuideSpecificationandCommentaryforVesselCollisionDesignofHighwayBridges》(AASHTO，1991)；2)ShipCollisionwithBridges，InternationalAssociationforBridgeandStructuralEngineering，1993(IABSE)；3)ShipCollisionduetothePresenceofBridges(PIANC，2001)。2.3技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1)通航水位。設(shè)計(jì)最高通航水位：4.5m。2)船撞作用標(biāo)準(zhǔn)值。按內(nèi)河B級航道，根據(jù)JTGD60—2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范取值。傳統(tǒng)的橋墩防撞形式主要有：1)緩沖材料設(shè)施方式。采用橡膠等受力后易變形的材料，形成橋墩周圍的緩沖保護(hù)層。此種防撞方案適用于小型船舶碰撞情況，或在其他防撞設(shè)施中配合使用。缺點(diǎn)是橡膠的老化壽命在十年左右。2)重力方式。薄殼筑沙圍堰防護(hù)系統(tǒng)是目前最成功的防撞保護(hù)系統(tǒng)之一。它施工簡捷，維護(hù)工作量少，能根據(jù)抵抗撞擊的需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，有很大的吸收撞擊能量的能力。適用于大型船舶的防撞。3)護(hù)墩樁方式。集群式護(hù)墩樁由斜樁或豎直樁組成，樁的頂部用緩沖梁互相聯(lián)接，通過群樁聯(lián)合變形而消能。荊州長江公路大橋和東海大橋應(yīng)用了集群式護(hù)墩樁，造價(jià)偏高。4）人工島。能向橋梁提供良好的防撞能力。但是在地質(zhì)條件較差的橋位不宜采用。5）鋼圍堰或鋼套箱。橋墩施工結(jié)束后，利用原施工平臺，作為防撞的支承結(jié)構(gòu)，可減少防撞設(shè)施的投資。適用于高樁承臺，不適用于墩身，且鋼結(jié)構(gòu)存在耐久性問題。6）浮體系泊方式。該防撞設(shè)施由浮體、鋼絲繩、錨碇物等組成。當(dāng)受到撞擊時(shí)，通過浮體移動、鋼絲繩變形、錨碇物移動消能。即使在深水條件下，造價(jià)較低，緩沖變形量大，對船舶有較好的保護(hù)作用。但對于吃水淺的部分船舶及無球首的船舶，容易把浮體滑入船底而失效。7）浮式鋼套箱。在主墩周圍安裝浮式鋼套箱，利用鋼結(jié)構(gòu)塑性變形進(jìn)行消能。設(shè)施由鋼結(jié)構(gòu)及橡膠件組成。這種結(jié)構(gòu)在被撞擊時(shí)，絕大部分撞擊力仍要橋墩承擔(dān)。目前已經(jīng)實(shí)施的最大的抗撞浮箱的抵抗能力為3000t級船舶，造價(jià)約1000萬元。缺點(diǎn)是后期維護(hù)費(fèi)用高。4.1主橋主墩防撞設(shè)計(jì)根據(jù)主墩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、防撞等級、船舶撞擊力大小，設(shè)計(jì)采用筒型復(fù)合材料防撞設(shè)施，由直線段構(gòu)件與彎頭構(gòu)件組裝而成，布置在橋墩四周。防撞筒型號為D200，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段的直徑為2.0m。防撞設(shè)施的外殼為樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，內(nèi)部填灌緩沖耗能材料，其中外筒與內(nèi)筒之間填充聚氨酯彈性粘結(jié)材料，內(nèi)筒填充輕質(zhì)摩擦顆粒材料，綜合密度約為300kg/m3。復(fù)合材料的彈性模量約為鋼材的1/10，具有大變形能力，約壓縮1/2直徑而不破壞，因此能有效保護(hù)船舶不受局部損傷。聚氨酯彈性材料具有較高的抗剪切和界面粘結(jié)性能，輕質(zhì)摩擦顆粒材料可有效提高內(nèi)筒剛度，并能限制夕卜筒與內(nèi)筒的變形，保證其不發(fā)生較大變形而導(dǎo)致破裂。防撞設(shè)施采用工廠節(jié)段制造，現(xiàn)場通過粘結(jié)或法蘭連接組裝，施工速度快，后期維護(hù)或更換方便。設(shè)計(jì)復(fù)合材料防撞系統(tǒng)與橋墩之間實(shí)現(xiàn)上下浮動，以適應(yīng)橋位處漲落潮水位差較大的特點(diǎn)。主墩防撞設(shè)計(jì)的立面布置圖和平面布置圖參見圖1。船舶撞擊橋墩時(shí)，防撞筒具有大變形能力，延長碰撞的時(shí)間，達(dá)到消能的效果，不但保護(hù)了橋墩，同時(shí)也可有效保護(hù)船舶不至于受損。4.2主橋邊墩防撞設(shè)計(jì)邊墩為等截面橋墩，設(shè)計(jì)采用自浮式箱型復(fù)合材料防撞設(shè)施，可隨水位的變化自動升降。箱型復(fù)合材料防撞圈型號為H200，高度2m，寬度1m，夕卜殼為纖維復(fù)合材料，在防撞圈的內(nèi)側(cè)設(shè)置拱形橡膠護(hù)舷，橡膠護(hù)舷的高度為0.5m,橡膠護(hù)舷內(nèi)側(cè)與橋墩接觸處采用30mm厚四氟滑板，防撞設(shè)施與橋墩之間可上下浮動。夕卜殼材料的彈性模量約為鋼材的1/10，具有大變形能力。箱內(nèi)采用復(fù)合材料加勁腹板增強(qiáng)，形成格構(gòu)，內(nèi)部填充輕質(zhì)耗能芯材，增強(qiáng)抗剪切性能。通過防撞設(shè)施的設(shè)計(jì)，最大船撞力可削減50%以上。防撞圈兩端設(shè)計(jì)為尖形，船舶成角度撞擊后，可轉(zhuǎn)動一定角度，撥離船舶行駛方向，避免正向撞擊，大大減小撞擊力以保護(hù)橋墩。復(fù)合材料防撞圈采用工廠節(jié)段制造，現(xiàn)場通過尼龍棒銷接組裝，施工速度快，后期維護(hù)或更換方便。船舶正對橋墩撞擊時(shí)，橡膠護(hù)舷與橋墩接觸發(fā)生彈性變形，吸收碰撞能量；當(dāng)船舶呈一定角度撞擊時(shí)，防撞系統(tǒng)可轉(zhuǎn)動一定角度，撥離船舶行駛方向；箱型防撞圈本身也能承受較大的撞擊力。由于復(fù)合材料防撞系統(tǒng)具有自浮性、可轉(zhuǎn)動性、緩沖性、彈性模量低等特點(diǎn)，亦可有效保護(hù)船舶不至于嚴(yán)重受損。邊墩防撞設(shè)計(jì)的立面布置圖和平面布置圖參見圖2。近年來，船撞事故不斷增多，造成了很大的損失，有些甚至造成了很大的悲劇。通過對橋墩進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)，避免船舶與橋墩直接碰撞，一方面保障了橋梁自身安全，另一方面也保障船舶的安全，減少相互的維護(hù)費(fèi)用，是一種有效的解決船撞橋的防護(hù)措施，特別是本橋采用的復(fù)合材料防撞設(shè)施，安裝維護(hù)方便，耐久性好，適應(yīng)性強(qiáng)，造價(jià)合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可為其他橋梁的防撞設(shè)計(jì)提供借鑒?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】巫祖烈,徐東豐.橋墩防撞裝置評述[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006,25(6):22-26.王智祥，巫祖烈，王家林，等.一