桥梁船舶撞击力分析方法研究 摘要：船舶撞击是跨江、跨海大桥在设计、运营阶段所需要考虑的一项重要的风险因素。为研究桥梁在船舶撞击作用下的撞击力，本文首先介绍了几种常用的船舶撞击力经验公式及规范公式分析方法，然后应用上述方法对长江上游某公铁两用桥梁桥墩的撞击力进行了研究，系统对比了几种分析方法的计算结果。研究结果表明，不同理论公式的船撞力计算值差异较大，在使用上述公式时一定要考虑各公式计算局限性，计算结果仅可作为参考值。 关键字：桥梁；船舶；撞击力；经验公式；规范公式 1 引言 随着我国经济建设的快速发展，使得交通运输业的发展越来越快，伴随而至的是越来越多跨越江河的桥梁。然而桥梁是跨越江河的通道，但是对于航行的船只来说则是一种障碍。近些年经常发生船桥相撞这类事故，其不仅对人员的生命造成了很大的伤害，也对环境造成了一定程度的污染，且桥墩遭受撞击后坍塌的损失是非常巨大的[1]。目前在中国，由于交通运输的需要，不仅已经在许多航运繁忙的江河上建造了桥梁，而且还在计划建造更多的跨度更大的桥梁。另外也正因为交通运输业的发展，使得船舶的尺寸越来越大以及排水量越来越大，导致桥梁因此受到的撞击事故逐渐增加。这类事故会造成桥梁坍塌、船舶毁损、人员伤亡、环境污染以及水路和陆路的运输干线中断等一系列的恶果，故对社会和经济造成了严重影响。船舶与跨越航道的桥梁发生碰撞已经成为跨河海桥梁设计中的一个重要问题[2]，因此，各国学者及规范也都提出了相应的计算理论和方法[3]~[6]。 2 船舶撞击力计算方法 桥梁船撞力的确定是研究船桥碰撞问题的关键，各国的研究者们都根据自己的研究成果提出了桥梁船撞力的简化计算公式，各国在制定桥梁设计规范时，也都参考了一些经验公式和简化公式。下面，就一些常用的经验公式及规范进行介绍。 （1） 沃辛公式 Woisin教授对24个四万吨以上的散装货轮的与刚性墙壁的撞击进行了缩小比例的模型试验，碰撞速度约为8m/s，总结出的散装货船对刚性桥墩的关于时间平均的有效撞击力的经验公式： 式中：F为漂流物平均撞击力（kN） W为漂流物重力（kN），应根据河流中漂流物情况，按实际调查确定； V为水流速度（m/s）； T为撞击时间（s），应根据实际资料估计，在无实际资料时，可用1s； g为重力加速度，g=9.81（m/s2）。 （4）我国铁路桥涵设计基本规范公式 我国《铁路桥涵设计基本规范》中，把船撞力当作特殊荷载来计算，假设船舶作用于桥梁墩台的有效动能全部转化为船舶撞击力所做的静力功，用静力法计算船撞力，公式如下： 表1 船舶撞力各经验计算值比较（单位：MN） 沃辛公式的计算结果为124.4MN，计算值偏大。沃辛公式中并未涉及船舶撞击速度，显然船舶撞击力与速度有相关性，故该公式缺乏指导性。 美国AASHTO公式的计算结果最大值为84.11MN，计算结果仅次于沃辛公式。美国AASHTO公式中增加了船舶撞击时的速度对撞击力结果的影响，因此比沃辛公式更加准确。 我国公路桥涵设计规范的计算结果为48.08MN。我国公路桥涵设计通用规范里撞击时间T在一般情况下取1秒，而实际船桥碰撞持续的时间通常很难估计，这就使得在缺少资料时我国公桥规公式计算出的桥梁船撞力和实际情况相差较大。 我国铁路桥涵设计基本规范公式的正撞、侧撞计算结果为23.49MN及15.37MN。我国铁路桥涵设计基本规范公式对动能折减系数取为0.3，船只墩台的弹性变形系数取0.0005，而这两个系数难以掌握，往往由于取得过大而使得计算出的船撞力偏小。 4. 总结 （1）沃辛公式、美国AASHTO公式的计算结果始终处于较高的水平； （2）我国公路桥涵设计通用规范公式计算结果处于中间水平； （3）我国铁路桥涵设计基本规范公式（γ=0.3）结果始终最小。 从经验公式计算结果来看，不同规范的船撞力计算值差异较大，在使用这些简化公式时一定要考虑各公式使用的局限性，只能作为参考值。 参考文献 [1] 张景峰，李小珍，肖林，吕慧敏.两类船-桥碰撞力差异及结构响应分析[J],振动与冲击,2016.,Vol.35(4):156-161. [2] 项海帆，范立础，王君杰.船撞桥设计理论的现状与需进一步研究的问题[J],同济大学学报(自然科学版),2002(4):386-392. [3] 王君杰，范立础，付涛，等.桥梁船撞形态设计理论框架[C],全国桥梁船撞学术研讨会,重庆:2011. [4] 肖波，高宗宇，陈炜.武汉天兴洲公铁两用长江大桥主墩船撞动力响应分析[J],中国水运(理论版),2006.,Vol.4(6):66-67. [5] 陈炜，肖波，高宗宇，吕慧敏. 武汉天兴洲公铁两用长江大桥1号墩防撞设计与分析[J],世界桥梁,2006(2):78-80. [6] 王君杰，孟德巍，欧碧峰.轮船艏部正撞刚性墙面的基本冲击荷载模型[J],振动与冲击,2010(11):165-170. 基金项目 国家重点研发计划项目（2016YFC0802202） 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/8dcbc895b6daa58da0116c175f0e7cd1852518f3.html