某大桥桥墩受船舶撞击静力计算和评估

桥梁船撞后检测鉴定实例分析1. 引言1.1 背景介绍桥梁与船只是两种不同的交通工具，而在水域交通中，船只经常需要通过桥梁进行通行。

由于各种原因，桥梁与船只之间不慎发生碰撞事件时有发生。

这种事件一旦发生，将会对桥梁和船只造成严重损害，甚至可能造成人员伤亡。

对桥梁船只碰撞事件进行及时有效的检测和鉴定显得尤为重要。

桥梁船只碰撞事件的检测和鉴定涉及到多方面的知识和技术，需要对碰撞现场进行详细的调查和分析。

通过科学的方法和技术手段，可以准确判断碰撞的原因和程度，为后续的处理和维修工作提供重要参考依据。

本文旨在通过对桥梁船只碰撞事件的检测鉴定方法进行分析和实例展示，探讨如何有效地进行数据收集与处理，最终展示出结论和研究意义，以期为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。

1.2 问题提出在桥梁船撞事件中，最关键的问题是如何准确地检测和鉴定事故的原因和责任。

由于桥梁船撞事件涉及多方利益关系，如船舶所有者、船员、桥梁建设者和监管部门等，因此对事故的准确检测和鉴定显得尤为重要。

问题的提出主要包括以下几个方面：如何确定事故的起因和发生地点是桥梁还是船只？如何判断事故是否为意外碰撞还是故意操作导致？如何区分事故的责任归属，包括船舶管理责任、桥梁建设质量责任等？基于以上问题，我们需要对桥梁船撞事件进行全面的检测和鉴定，以确定事故的真实原因，从而为事故调查和责任认定提供有效依据。

只有通过准确的检测和鉴定，我们才能更好地防范类似事故的再次发生，保障桥梁和船舶的安全运行。

1.3 研究目的引言：本文旨在通过对桥梁船撞事件的检测鉴定实例分析，探讨如何有效地利用现有技术手段对船舶与桥梁发生碰撞后的损伤情况进行检测和鉴定。

具体研究目的包括：1. 探讨桥梁船撞事件的特点和常见损伤类型，提供对相关事件的深入了解；2. 分析不同的检测鉴定方法的优缺点，为选择合适的技术手段提供参考；3. 通过实例分析，探讨如何合理收集和处理数据，确保准确展现事件损伤情况；4. 展示检测鉴定的结果，并对各种技术方法的效果进行评估和比较；5. 总结研究成果，展望未来可能的问题和研究方向，探讨本研究对相关领域的意义和启示。

桥墩撞击力计算方法及应用1 概述对船舶等撞击桥梁墩台进行专门研究, 合理确定防撞设计标准及配套的安全设施, 显得紧迫而必要, 具有重要的现实意义, 而合理确定撞击力, 则是防撞设计首要的环节和基础。

船舶撞击力的选取是否恰当, 直接影响桥梁结构的安全性和桥梁方案的经济性。

在船只碰撞事故中, 要确定船对桥梁结构的碰撞力是非常复杂的, 既取决于船舶特性和桥梁结构, 包括船舶类型、尺寸、速度、船体强度和刚度, 桥梁撞击部位尺寸、形状、质量和测向抗力特性, 还受碰撞环境、撞击力的偏心和水深影响。

目前国内外对船舶撞击力虽有很多研究, 国内外的规范中也有相关规定, 但因撞击力计算是一个复杂的力学问题,国内外不同的规范所采用的方法不同, 计算结果相差也较大, 在实际应用中带来较大的困难。

2 撞击力计算方法简述2.1 船舶碰撞击力学过程经典力学中, 处理碰撞问题, 一般利用冲量定理和冲量矩定理来确定碰撞双方运动变化的关系, 以经验性的恢复系数k 来反映碰撞过程中机械能损失的程度, 其中相撞的两物体简化为质点, 未深究碰撞过程中的力的变化和量度以及具体材料抗冲击性、弹塑性及物体自身的结构组成问题。

然而桥梁下部结构与外物的碰撞过程远不像经典力学假设的“质点- 速度”系统那样简单。

漂浮物或船只以初速度与桥墩台接触, 双方碰撞的局部区域在瞬时冲击力下形成材料弹、塑性变形或脆性破坏; 接下来桥墩台发生弹性挠度变形并分别向上下传递, 导致上部结构与墩台顶部发生同步或异步位移, 地基土、岩体在瞬时作用下产生弹塑性变形; 接下来产生弹性变形的各部位依次恢复, 而塑性变形则仍然保留, 碰撞双方脱离开或是不再相互作用。

这一过程时间短、速度快, 由于影吶因素繁多, 对撞击荷载的计算比较复杂。

从工程角度而言,计算都趋于简单化, 省略掉次要因素。

2.2 目前常用的防撞荷载计算方法( 1) 公路桥涵设计通用规范漂流物横向撞击力公式F= WV/gT, 考虑了船舶吨位、飘流物速度及碰撞时间。

第16卷 第11期 中 国 水 运 Vol.16 No.11 2016年 11月 China Water Transport November 2016收稿日期：2016-08-17作者简介：黄 静（1984-），女，安徽人，本科，江苏东南工程咨询有限公司，中级工程师，研究方向为路桥设计、监理。

浅析经验公式法计算桥墩船舶撞击力黄 静（江苏东南工程咨询有限公司，江苏 南京 210018）摘 要：主要研究长青沙大桥墩引桥桥墩船撞力识别，在建立了长青沙大桥11#桥墩的空间有限元模型后，对11#桥墩进行了动力特性分析，由船撞力曲线计算得到了船对桥墩的撞击响，通过仿真计算结果表明,由桥墩墩顶的响应可有效识别船舶撞击力的大小、方向和撞击位置,该神经网络可用于有、无噪声干扰的船撞力识别,并且具有良好的容错性和鲁棒性。

关键词：桥梁；船舶；撞击；受力计算中图分类号：U663 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）11-0051-02一、工程概况如皋长江大桥建设工程起于环岛东路止于沿江公路，全长3,230m，按双向四车道一级公路标准建设，设计速度为80km/H，设特大桥一座，全长1,046m，桥跨布置为(7×35)m+(95+218+95)m+(5×35)m+(6×35)m，桥梁宽度为26.5m。

主桥上部结构：双塔单索面预应力混凝土斜拉桥，主梁采用鱼腹式预应力混凝土连续箱梁；主塔采用预应力混凝土，仙鹤造型。

斜拉索采用平行钢丝索，扇形单索面，拉索间距为6m，端部加密至3m。

引桥上部结构：144片35m 装配式预应力混凝土连续箱梁。

主桥桥墩：采用实体墩，下接承台，基础为D=2.0m 钻孔灌注桩；引桥桥墩：采用柱式墩，上接盖梁，下接承台，基础为D=1.2m 钻孔灌注桩；桥台：采用肋板式桥台，基础为D=1.2m 钻孔灌注桩。

二、经验公式法船撞力的计算 1．计算船型及相关计算参数的选取长青沙大桥的通航等级是三级内河航道，根据《内河通航标准》表1-1可得对应的船舶吨级为1,000t，舶满载后的排水量是1,500t。

桥梁船撞后检测鉴定实例分析本文通过分析一起桥梁船撞后检测鉴定案例，介绍了桥梁船撞后检测鉴定的方法和技巧，以及如何进行检测鉴定。

案例背景某市某大桥在使用过程中，发生了桥梁船撞的事故。

事故原因是一艘航行方向不清的船只误入航道，导致直接撞上桥墩，损坏了桥身。

事故发生后，基础设施管理部门立即组织检测鉴定专家组，对桥梁的受损情况进行了评估鉴定。

检测方法评估鉴定专家组通过现场勘查、非破坏检测、拍摄记录等方法，对桥梁的损伤情况进行了评估。

具体方法如下：1.现场勘察专家组到达现场之后，首先进行现场勘察，了解桥梁的实际损伤情况，包括桥身损伤位置、程度等。

2.非破坏检测专家组利用超声波、磁粉探伤等非破坏检测方法，对桥梁损伤部位进行了检测，获得了更为详细的损伤情况。

3.拍摄记录专家组对桥梁受损部位进行了拍摄记录，并测量桥梁的边跨、梁间跨等数据，以供后续分析和评估。

检测结果基于以上方法，专家组对桥梁的损伤进行了评估，并得出了如下的检测结果：1.主梁损伤：主梁受到严重影响，出现开裂、变形等情况，需要进行加固维修。

2.钢箱梁损伤：钢箱梁的局部区域出现了压伤和撕裂，需要进行修复。

3.桥墩损伤：部分桥墩被撞击后出现了明显裂缝，需要进行加固和修补。

综合评估基于以上的检测结果，专家组对桥梁的损伤情况进行了综合评估。

评估结果表明，桥梁受到了严重影响，部分部位需要进行加固和修复，以保证桥梁的安全通行。

总结桥梁船撞后检测鉴定是保证基础设施安全使用的重要环节。

在实际操作中，需要采用多种检测、评估方法，获得全面、准确的数据，并进行综合评估，以便及时采取有效的维修措施，确保基础设施的安全稳定。

大桥独立墩柱防船撞方法计算分析何益勇【摘要】提出了一种采用独立墩柱作为大桥防船撞设施的设计方法．基于弹性地基梁法及“m法”假定，以平潭海峡大桥47号桥墩设防为例，在给定船舶撞击力的两种工况下，采用Midas Civil2006软件对独立防撞墩结构的抗撞能力进行了有限元模拟分析．计算分析结果表明：在给定工况下，钢管桩的最大压应力和最大拉应力均小于结构材料的屈服极限，独立防撞墩的强度均满足抗撞要求，即独立防撞墩可以选作为大型桥梁主桥桥墩和引桥桥墩防船撞设施．%This paper presents a design method using independent pier as the ship collision protection facilities. Taking NO.47 pier of Pingtan Strait Bridge as the case-study, and based on the method of elastically-based beam and the ＂m＂hypothesis, we use the Midas-civil-2006 to study responses of the crashworthy device under the preset condition. The simulation results show that under the given condition, both the maximum compressive stress and maximum tensile stress of the steel pipe pier are less than the yield limit of the steel. The strength of protection piers satisfies the related technical requirements, and the scheme of crashworthy piers can be applied to protect a bridge against vessel collision.【期刊名称】《宁波大学学报（理工版）》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】4页(P101-104)【关键词】桥梁防护;船撞;数值分析;防撞设施【作者】何益勇【作者单位】福州市交通建设集团有限公司,福建福州350009【正文语种】中文【中图分类】U697随着交通建设的快速发展,跨江、跨海大型桥梁大量兴建,同时,随着船舶吨位、航速和船只密度的增加,船舶碰撞桥梁的机率越来越大,所造成的灾难性后果越来越严重. 一旦船桥相撞,严重时不但将造成船毁人亡、桥梁倒塌等重大事故,经济损失巨大; 还可能由于船体破损泄漏进一步引起灾难性环境污染,所以防止发生船撞桥灾难性事故的研究具有重要的应用价值[1-5].20世纪80年代初,国际上开始了对船撞桥以及相关防护方法和技术的研究,至 90年代,国际上根据船桥碰撞的动能或动量原理,提出了桥梁设计的新标准[6-7],为桥梁的抗船撞设计提供了指导. 21世纪以来,人们开始更关注采用动态有限元方法针对具体的桥梁防船撞问题进行数值模拟分析[8-11]. 数值模拟研究表明,船舶的尺寸、吨位、航速、形状、材料等物理性能以及桥墩的形貌和材料力学性能等都将对船撞力有明显的影响[8-9,12].经过三十余年的研究,研究者和设计师们发展了多种桥梁防船撞方法[4],以适应于不同桥型、水文地质条件桥梁防船撞的需求. 在桥墩前设置独立防撞墩可以有效保护大桥墩柱遭受船舶撞击,该防护方法由于不会影响航道上船只的通行,既适用于主桥桥墩的防护,也适用于长桥的水中引桥桥墩的防船撞设计. 笔者以平潭海峡大桥水中引桥桥墩的防船撞分析为例,采用数值计算的方法研究独立防撞墩的设计方法及其在船舶撞击下的受力和变形.独立固定防撞墩方案采用钢管桩基础加承台形式. 防撞墩承台主要作用是承受船只的直接撞击,通过自身破坏耗能,并减小传到桩基础的荷载.根据桥梁防船撞评估分析,在有必要设防的桥墩前方设置独立防撞墩,防撞墩中心距大桥中心线约100m. 独立墩防撞系统的布置如图1所示.防撞墩和承台为一体式,外形设计为圆柱形,既减小对水流的干扰,利于通航,又能使船舶撞击易于转向,减小船撞力,有效保护防撞墩及船舶.以平潭海峡大桥引桥防船撞设计设计为例,考虑引桥桥墩的设防标准为5000t、航速为6节的海轮和水文条件,独立防撞墩的承台直径取11m; 承台底面标高取为-2.0m; 防撞墩顶部标高应大于最高潮位,取6.5m. 防撞墩上部为空心结构,内部填充砂石料,在受到撞击时耗能. 内部设计十字形支撑,以加强墩壁抵抗撞击. 独立防撞墩的结构如图2所示. 防撞墩顶面为圆台形,设置 2.5%坡度便于排水. 中部设置警示灯. 在防撞墩上部空心结构外围迎船方向,250°范围内设置3层DA-300H橡胶护舷,使船只撞击墩壁时有所缓冲. 基础采用7根直径为1.5m的钢管桩,其壁厚为20mm,由于钢管桩上部15m以内受力较大,则采用Q345钢材,钢管桩下部采用Q235钢材. 钢管桩的倾斜角度均为20°,但各桩倾斜方向不同. 桩尖高程与对应桥墩基础一致,直至基岩顶面. 钢管填芯混凝土 C35,最上段设置钢筋笼,其长度均为30m.下面以 47#桥墩防撞墩为例开展计算分析. 承台封底底面高程-2.0m,河床高程-15m,桩尖高程-70m. 相应地质情况按照 47#桥墩进行考虑(表1). 采用Midas Civil 2006软件进行计算. 群桩计算采用杆系模型. 桩采用梁单元,桩周围的土用等效弹性支撑模拟,计算模型如图3所示. 计算采用弹性地基梁法,地基系数采用“m 法”假设. 认为桩在承台处固结,不计嵌入承台的部分,计入承台和墩身重量. 船撞荷载按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60- 2004)第4.4.2条给出的撞击力计算,即5000吨级海轮,对桥墩施加的横桥向撞击力为25400kN,假定该撞击力作用于高程 6.00m的承台位置. 并验算 40000kN静力荷载作用于承台下部±0.00m位置的工况.下面对两种工况进行计算分析. 计算工况一为规范荷载,即 5 000吨级海轮产生的静力荷载25400kN作用于高程6.00m位置. 计算工况二为40000kN静力荷载作用于承台下部±0.00m位置.工况一的计算结果如图 4～图 7所示,工况二的计算结果如图8～图11所示,并包括每根桩的轴力、剪力、弯矩以及截面最大应力分布.从图4～图7中可以看出,在工况一中:管壁最大压应力为277MPa,出现在中间桩与承台的交接部; 最大拉应力为 210MPa,出现在受拉侧桩与承台的交接部.从图8～图11中可以看出,在工况二中:最大压应力为 263.8MPa,出现在中间桩与承台的交接部; 最大拉应力为 226MPa,出现在受拉侧桩与承台的交接部.通过上述有限元计算分析可以得到以下结论:在两种工况下钢管桩的最大压应力和最大拉应力均小于Q345钢的屈服极限,所采用的独立固定防撞墩的强度均满足承载力要求,即所设计的独立固定防撞墩方案可以满足给定工况的防撞要求,可以用作一个平潭海峡大桥引桥的防船撞方案.由于独立防撞墩不影响航道上船舶的航行,并且结构简单,容易保养,可以选作为水文条件复杂的大型桥梁主桥桥墩和引桥桥墩防船撞设施.但在该设施的设计中,不仅需考虑独立防撞墩的强度满足桥梁的防船撞等级要求,而且要考虑独立防撞墩的柔性设计,即防撞墩承台应当具有较强的柔性,以降低船舶受到的撞击力,尽量减轻在船桥相撞事故中船舶受到的损伤.【相关文献】[1] Larry D,Olson P E. Dynamic bridge substructure evaluation and monitoring[R].Report No. FHWA-RD-03-089,U.S. Federal Highway Administration,2005.[2] IABSE. Ship collision with bridges and offshore structures,preliminary report[R].IABSE Colloquium,Denmark:Copenhagen,1983.[3] Jones N. Structural aspects of ship collisions[M]//Jones N,Wierzbicki T. StructuralCrashworthiness. London and Boston:Butterworths Publishers,1983:308-337.[4] 陈国虞,王礼立. 船撞桥及其防御[M].北京:铁道工业出版社,2006.[5] 翁卫军. 大型桥梁防船撞方法及应用研究[J].宁波大学学报:理工版,2011,24(4):106-111.[6] AASHTO. Guide specifications and commentary for vessel collision design of highway bridges[M].Washington D C:American Association of State Highway and Transportation Official,1991.[7] Larsen O D. Ship collision with bridges[M].Switchland,Zurich:IABSE-AIPC-IVBH,1993.[8] Pedersen P T,Valsgård S,Olsen D,et al. Ship impacts:Bo w collisions[J].International Journal of Impact Engineering,1993,13:163-187.[9] Consolazio G R,Cowan D R. Nonlinear analysis of barge crush behavior and its relationship to impact resistant bridge design[J].Computers & Structures,2003,81:547-557.[10] 王礼立,张忠伟,黄德进,等.船撞桥的钢丝绳圈柔性防撞装置的冲击动力学分析[M]//洪友士. 应用力学进展——祝贺郑哲敏先生八十华诞,北京:科学出版社,2004:172-180.[11] Wang Lili,Yang Liming,Huang Dejin,et al. An impact dynamics analysis on a new crashworthy device against ship-bridge collision[J].International Journal of Impact Engineering,2008,35:895-904.[12] 杨峰,杨黎明. 六边形结构桥墩柔性防撞装置等效弹性系数研究[J].宁波大学学报:理工版,2011,24(2):89-93.[13] JTG D60-2004. 公路桥涵设计通用规范[S].。

第36卷 第4期交通科学与工程Vol.36 No.4 2020年 12月JOURNAL OF TRANSPORT SCIENCE AND ENGINEERING Dec. 2020文章编号：1674−599X(2020)04−0088−06桥墩防撞等级评估方法及其应用刘意1，王国华2，李年航2，彭建新1(1. 长沙理工大学土木工程学院，湖南长沙 410114；2. 广佛高速公路有限公司，广东广州 510000)摘要：为评估现有桥梁的防撞等级，设置防撞措施，降低船撞桥事故的风险概率。

以雅瑶大桥为工程背景，通过Midas有限元软件，建立桥墩受力模型；结合混凝土强度破坏理论，计算桥墩承载力；利用船撞力计算公式，计算船舶撞击力；依据Aashto提出的计算方法，计算桥梁的倒塌概率。

计算结果表明：雅瑶大桥通航孔的9#和10#桥墩均为低风险，该方法评估船桥碰撞风险可行，可为其他桥梁的设计和船舶安全通航提供依据。

关键词：船桥碰撞；有限元模型；风险评估中图分类号：U443.22 文献标志码：AAssessment method and application of anti-collision grade of bridge pierLIU Yi1, WANG Guo-hua2, LI Nian-hang2, PENG Jian-xin1(1. School of Civil Engineering, Changsha University of Science & Technology , Changsha 410114, China;2. Guang of Expressway Co., Ltd., Guangzhou 510000, China)Abstract: In order to evaluate the collision prevention level of existing bridges and guide the setting of collision prevention measures, to reduce the risk probability of ship-bridge collision accidents. This paper is based on Yayao Bridge, the bridge pier stress model is established by Midas finite element software, and the bearing capacity of the bridge pier is calculated based on the theory of concrete strength failure. The ship collision force is calculated by ship collision force formula, and bridge collapse probability is calculated according to Aashto code. The calculation results show that the navigation hole No. 9 and No. 10 piers of Yayao Bridge are of low risk. This method can provide a basis for the design of other bridges and safe navigation of ships.Key words: ship bridge collision; finite element model; the risk assessment中国现有公路桥梁80万余座，铁路桥梁也已超过20万座。

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）。