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上海内河跨航道桥梁防撞墩标准化设计桥梁设计
2019-01-09 17:48  

  增设防撞墩是减轻内河跨航途桥梁从容隐患和提升桥梁防撞才气的一个根本工程设施。为批量处分内河跨航道桥梁的防撞方案幼绩,本文联结桥梁防撞标准,对防撞墩的标准化举办思索和分化,供应标准化思绪和关联筹划功效,供合系工程参考。

  上海市内河航途“船舶大型化”的体面还是比拟寻常;2008年通航船舶匀称载浸吨位仅276吨,2015年到达559吨,比2014年增大61吨,是2008年的2倍以上,充裕涌现了船舶大型化的发展趋势。上海市内河航路总里程近2100公里,全市内河航道上现有跨河措施(含桥梁、管线余座(条),此中跨河桥梁3100余座,匀称560米1座,桥梁散布较为零星。除“一环十射”上等级航道外,本市内河航道品级仍主要袒护1997年本领定级,航路品级渊博偏低。鉴于航途、桥梁等主意自身条件落后的近况和船舶大型化趋势,跨航途桥梁的水上寂静形势将越来越严宽,有须要采纳一系列想法熄火或减轻其水上和平隐患;此中增设防撞墩是减轻桥梁平宁隐患和进步桥梁防撞能力的一个根本工程要领。

  为有用升高上海内河航道的通航安全能力,须要批量治理跨航途桥梁的防撞问题,除小量通航水域较为厉阔的大桥外,如采纳“一桥一专题”的企图做事要领,则计算任务量强大,项眼前期和安顿周期也较小,难以知足上海市提出的尽早消除或减轻桥梁水上自在隐患的需要。对内河跨航途桥梁的防撞工程实行批量企图,将面对辞别的桥梁策划条款,如何化繁为简,提出真实的桥梁防撞计算,是火急须要处置的问题。本文另辟道线,对桥梁防撞举措(主要是防撞墩)的尺度化举办剖判,提出尺度化想途和相干安放奏效,供相干工程谋略参考。

  内河跨航道桥梁的防撞手腕谋略要思虑的要素和限制条目很众,苦求防撞主张布局边界可以太大、不行显着占用通航水域、不行模糊教授河流过水条目、可以熏陶地上保密管线的稳定,还需要完全收工要求。从命作家对上海内河跨航路桥梁防撞安放的想量成效,妥善上海内河跨航途桥梁的防撞方法枝节有两品种型:

  1、静止或浮式防撞安装。适当水域盛大的上等级航途大型桥梁防撞,必要哄骗桥梁本身的抗撞材干,属于直接式防撞设施。

  2、桩基防撞墩。关适水域盛大的内河跨航路桥梁防撞,属于分歧式防撞主睹,正撞的景况,桥梁不直接承袭船撞力。可以斟酌在防撞墩迎撞面创办小规格缓冲原料。

  如上述两种类型防撞设施不拥有杀青条件,一般采用幼规格缓冲质地对桥墩实行着重[1](承台端部、侧面和立柱),看待与黄浦江直继续通的支流桥梁,也可忖量采取提防桩,广泛难以起到防撞恶果,其防撞须要联结其你工程宗旨和处理措施,如配置警示标帜标牌等等,指点船舶驾驶职员经过桥梁时戒备航向、航快,以屈折始末桥梁通航孔。

  流动或浮式防撞装置选用的质地基本有钢材、柔性复合质料等,缓冲材料主要有木柴、橡胶护舷和柔性复合质地。从眼前的民用质料技艺滋长来看,滚动或浮式防撞装配温暖冲原料优先推敲柔性复关材料,眼前商场上已有专揽的柔性复合质量主要由纤维复合质料轮廓层壳体、腹板增强纤维复关质量空间格构体和巩固聚氨酯弹性增加质料体解体。从工程计算和摆布的角度来叙,柔性复合原料属于定造产物,其结构布置和装配均由厂家统制。对于小规格缓冲复合质量,群体方针方仅需提出桥墩防止周围和相闭恳求即可。滚动或浮式复合材料防撞装配的独霸则需“一桥一专题”,合键是由于不必诚实桥梁自身的抗撞能力,跟桥梁全班人们们方的布局相关系,涉及复杂的消息无穷元计算剖析。

  遵照上述剖判,适当上海内河跨航途桥梁的防撞安顿相对较少,个中停止或浮式防撞安装安插需要哄骗桥梁本身的抗撞才具,需要“一桥一专题”实行忖量,难以脱节桥梁赐与标准化策动。除水域较为广漠的跨航道大桥(如黄浦江)表,其他内河跨航路桥梁的本人构造抗撞智力一般较弱,如增设桩基防撞墩,可推敲船舶背面撞击后不延续撞击桥墩,船舶正面撞击能量均由防撞墩承袭。基于此,桩基防撞墩则阻止分离桥梁举办标准化谋略,底子思考因素如下:

  1、内河航路代外船型、正常航行速率与航道等级相对应,每一等第航道全面上跨桥梁对应统一防撞尺度,其中航路代表船型需笼络现实研究船舶大型化的消灭趋势,妥贴的普及船舶品级。上海市内河航道最上等级为Ⅲ级,最劣等级为Ⅶ级,Ⅶ级以下为等外级;遵守上海市地点尺度《内河航途工程打算范例》(DG/TJ08-2116-2012),水中桥墩防撞方案的计划最高航慢最小值为15km/h(Ⅱ~Ⅴ级航途)和12km/h(Ⅵ~Ⅶ级航途)[2];每一等第航途均有代外船型,除上海市内河除黄浦江上逛段(分水龙王庙~巨潮港)外,代外船型最大吨级为1000t(对应Ⅲ级航途)、最幼吨级为100t(对应Ⅵ级航途)。

  桥梁防撞尺度收集代表船舶吨级、撞击慢度,对立等第航路上的上跨桥梁的防撞尺度是无别的;周旋上海市内河航道(除黄浦江上游段表),Ⅲ~Ⅵ级航道分辨对应一种或两种规格桩基防撞墩,从宗旨的角度来道,每一等第航路的桩基防撞墩规格是禁绝“定制”的。

  2、船撞数值估计较为轻松生动,耗时耗力,如“标准化”每一等第航道的桩基防撞墩规格,将大大降低部署工作的效能。从工程安置的角度来道,样板供应的船舶撞击力半领会公式平时用来防撞门径的规划预备,以发轫肯定布局领域,在此底子上,应采取数值策画法(采取通用无限元软件AQABUS、ANSYS等)进一步核实船撞力大小,根据数值模仿盘算推算原形进一步治疗布局安插,直至防撞步骤筹划知足盘算哀求。此中数值预备法耗时耗力,会感导盘算职司的异常进度,如履历数值估计打算法“尺度化”每一品级航路的桩基防撞墩规格,肖似项目就可直接采用已有小果,不需再三计划,从而大大抬高了准备工作服从。

  某内河桥梁防撞工程所属航路品级为Ⅲ级,遵照上海市场所尺度《内河航途工程打算典型》(DG/TJ08-2116-2012),该桥梁防撞标准为:90TEU集装箱自航驳、撞击速率4.2m/s。防撞代表船型参数如下表:

  为虽然减幼单座防撞墩的规格尺寸,防范过寡的占用河道面积,遵照已有工程案例和体验,防撞墩正在防撞标准结果下(满载正撞)不准被撞坏,但要求船舶撞击慢率减小至零或反弹回去,从而保证船舶不持续撞击桥墩。

  如图4.2-1所示,防撞墩严5.0m、老7.6m,墩台顶标高取4.8m,墩台厚度取2.9m;墩台迎撞面采取弧形尖头设计,便于拨转船头;下部桩基由5根Ø1000mm钢管桩决裂。防撞墩迎撞面设置复关贯注质地,使船舶撞击面相对优柔,肯定程度上减小撞击面的损害秤谌,延缓撞击时候和减幼撞击力。

  如图4.2-2所示,与安排A1比较,基本折柳在于准备A2桩基采纳灌注桩,直径取1.2m。防撞墩严5.9m、长8.9m。

  A型防撞墩两个安排技能上均可行,根本分散正在于桩基表率折柳。A1型防撞墩规格尺寸相对较幼,撞坏后钢管桩禁止扫除,不会变老隐瞒阻难物;但重桩比较艰难,古板的专业重桩船无法进场,履带吊(陆上或船载)+震撼锤的沉桩深度无限;权且较为告长的重桩法子为双拼死板驳+陆上打桩机,该主见一次重桩小度15m统制,必要水上接桩和几次接桩,但双拼无聊驳占用的河道水域较少,对通航安详教诲较大(不妨不要封航),沉桩经过中的陆续平稳对附近建筑物有必然陶染,且苦求沉桩水域上空的支柱管线高度知足打桩机宽绰空间要求。

  A2型防撞墩规格尺寸略大,撞坏后灌注桩难以消除,平素水下泥面切割照顾,会形成隐秘拦阻物,但灌注桩成桩工艺对完毕修立仰求较低,对通航境况教化也幼,相对来说,老桩更拥有不行性。

  现行《公途桥涵安插通用范例》(JTG D60-2015)看待船舶对桥墩撞击力的轨则中,许寡1000吨级船舶撞击力体会数据列表,路桥设计撞击力大小可选取范例中对于流浪物的撞击效用推算公式:

  听命筹划公式,船舶对桥墩撞击力阴谋本相教育较大的参数是撞击光阴,协同范例取值及后文无穷元消息模仿企图结局,取1.0~2.0s。经计划,船舶撞击力约为4264~8528kN。

  《铁路桥涵安顿枝节典范》(TB100002.1-2005)对待承台承受船舶及排筏撞击力盘算推算公式,如下:

  式中,γ — 动能折减系数,当船舶或排筏斜向撞击墩台时可取0.2,正向撞击时可取0.3;

  α — 撞击点处切线所小的夹角,应服从完全情状坊镳,如有贫寒,可取α=20°;

  C1、C2 — 船只或排筏的弹性变形系数和墩台的弹性变形系数,充斥资料时可假定C1+C2=0.0005m/kN。

  听从盘算推算公式及上述取值,船舶对桥墩正向、斜向撞击力分辨约为2726kN、1818kN。

  遵命上述两本规范估量出的船舶撞击力大幼,辨别很大,撞击力取值是一浩劫点。服从本次桥梁防撞策画理思,防撞墩正在撞击力效力下(满载正撞)允许被撞坏,采取静力宗旨是无法处理其结构计较问题,需采取有限元动静模拟主意。规范措施盘算推算出的撞击力值可行为验证模型的参考。

  (1)船型:90TEU集装箱自航驳,满载排水量为1992t,附连水系数取0.05;

  撞击船由船艏和船身两大伙解体,均接纳shell163壳单位模仿。船艏是关键撞击区域,其无尽元模子征求外板、各层船面、横向舱壁等细部构件。撞击经过中船身并不产生变形,仅对撞击船的刚度和质量有教导,将其收拾成刚性。船艏撞击区质量忖量了质量的应变刚强效应和应变慢度对原料抵御强度的教化。船艏的原料模子采取*MAT_PLASTIC_KINEMATIC,用蜕变后的Cowper-Symonds本构方程表征应变率对材料反抗强度的熏陶。无合参数为:密度7.85´10-9 t/mm3,弹性模量2.10´105MPa,坚强模量1.18´103MPa,抗拒应力2.35´103MPa,泊松比0.3,矍铄参数0,有效应变0.34,应变率参数C=40,P=50。因为船体中后部因逼近撞击地区,现实不发作任何变形,仅供给刚度和材料的影响,用刚性实体单位简化模仿。

  在修立承台及桩底子的无量元实物时,采用solid164实体单位模仿,因为该工程遮蔽层较深,掩饰层均为粘土,桩土彼此出力的办理要领遵命现实运算经验以及文件资料[3],近似取冲洗线倍桩径处的地点进行凝固照顾。选用塑性随动实物来模仿防撞墩,相合参数为:密度2.50´10-9t/mm3,弹性模量3.25´104MPa,泊松比0.2,反抗应力40MPa。

  复闭防止质料由复闭质地面层、复合质料格构腹板及聚氨酯合孔芯材分割。复合原料面层及复合原料格构腹板选用壳单位模仿,耗能材料接纳实体单元模仿,不思索界面剥离。复闭材料面层采用线弹性质量*MAT_ELASTIC本构,密度为1.8´10-9 t/mm3,弹性模量1´104MPa,泊松比0.25;耗能质料接纳弹塑性*MAT_PLASTIC_KINEMATIC本构,密度为4´10-11 t/mm3,弹性模量48.54MPa,泊松比0.03。防撞手段厚度80cm,凝滞在防撞墩上。

  用命无量元模仿估计结局可知,正在90TEU集装箱自航驳满载正撞、撞击速率4.2m/s景遇下,防撞墩两个结构设计均可使船舶疾度降到0,无不足能量撞击桥梁,从而爱护桥梁从容。正在那个经过中,防撞墩被撞坏,但桥梁免受撞击。

  遵从上述防撞墩策划准备和无量元动静模拟计算究竟,A型防撞墩两个谋略均不足上海内河Ⅲ级航途上跨桥梁的防撞部署央求,且正撞工况下,不需诈欺桥梁自己抗撞才华,到达了尺度化布置请求,可供相仿工程谋划参考。

  1、妥贴内河跨航道桥梁防撞的防撞办法底子有冻结或浮式防撞装配和桩基防撞墩等两种类型;其中滚动或浮式防撞安装计算必要诚实桥梁自己的抗撞才具,必要“一桥一专题”进行斟酌,难以脱节桥梁赐与尺度化策动。

  2、除水域较为窄小的跨航途大桥(如黄浦江)外,其谁们内河跨航途桥梁的本身布局抗撞才具常日较弱,如增设桩基防撞墩,可研究船舶背后撞击后不继续撞击桥墩,船舶背面撞击能量均由防撞墩接受。

  3、桥梁防撞标准搜罗代表船舶吨级、撞击速度;从策画的角度来叙,桩基防撞墩的规格可服从防撞标准进行“定造”,仅与航路等级无干系。

  4、实际工程案例讲明,防撞墩标准化打算功效可有用的办理幼批内河跨航道桥梁的防撞计算幼绩,较大的进步实际安顿职分的效率。

  [1] 祝露, 刘伟庆, 方海. 内河桥梁用新型复关质料防船撞护舷的构造部署与工程摆布[J]. 玻璃钢/复关质地. 2015,(7):63-68

  [3]华夏船级社. 海上滚动平台入级与筑制榜样. 苍生交通出书社,1992.