QBHY022020桥墩防船撞装置设计指南上海海洋钢结构研究所企业标准QB/HY02-2018 ———————————————————————————————————————桥墩的船撞力运算及柔性防撞装置设计指南2010-12-01公布 2010-12-01实施___________________________________________________________________________上海海洋钢结构研究所公布目录1、前言2、船撞桥墩的作用力3、全桥防船撞设计4、桥梁柔性防船撞装置的原理和差不多结构5、桥梁柔性防船撞装置的设计步骤6、船舶撞击桥墩数值运算7、柔性耗能防撞圈参数及组合形式8、浮体设计9、桥梁柔性防船撞装置的其它附属设备10、桥梁柔性防船撞装置的防腐设计及修理保养11、参考文献1．前言1.1 指南编写讲明1.1.1本指南作为企业标准，指导设计桥梁柔性防船撞装置之用。
1.1.2当本所被邀请对桥梁柔性防船撞装置设计进行评议或复核时，本指南作为要紧评议依据之一。
1.1.3自本企业标准生效之日起，本所原有的：《桥墩的船撞力运算及柔性防撞装置设计指南——征求意见稿》2002，《桥墩的船撞力运算及柔性耗能防撞装置设计指南2005》2006出版[4]，《桥梁的柔性防船撞装置设计指南》2018等3个文件被取代。
1.1.4本企业标准拟定2年修订一次，请各参考、使用人员将发觉的咨询题和意见及时反映，以便吸取改进。
1.1.4 本指南要紧起草人：陈国虞，张澄，杨清晨，王礼立1.2 符号和单位（表1）1.3 术语定义和释义1.3.1撞击船，指船对桥墩撞击发生时的实船，也可指进行设计和研究时假定的一艘典型船舶。
依照不同的防撞设施设计方法，典型船舶能够是上级文件中规定的，也能够是用统计方法得出，还能够是用其他方法论证出的。
1.3.2正撞力，船舶正面撞击桥墩的理论最大撞击力（一样设定为钢船撞上水泥墩）。
在进行数值运算时为正撞工况撞击时程曲线的峰值。
1.3.3侧撞力，船舶侧面撞击桥墩的理论最大撞击力。
侧面撞击有不同角度等多种情形，有各种情形下的侧撞力。
在进行数值运算时为侧撞工况时程曲线的峰值。
1.3.4 两类桥梁防船撞装置, 间接结构防撞装置和直截了当结构防撞装置。
利用天然岛礁或沙滩以及围堰、护桩等称为间接结构，使船舶及早搁浅或不能与墩接触，在船桥碰撞过程中桥是不受力的。
对爱护桥是专门有效的，但通常不能爱护船。
有些场合（例如桥墩处水专门深）不便于采纳间接结构，就要使用直截了当结构。
即碰撞过程中该防撞装置与桥接触，船撞力通过防撞装置传到桥上。
1.4桥梁柔性防船撞装置的适用性1.4.1柔性防船撞装置能够设于桥墩或间接式防撞结构的不处。
设于桥墩不处的直截了当式柔性防撞结构，能大幅度地降低船撞力，使作用于桥墩的水平力小于桥墩能够承担的水平力。
达到既爱护桥又爱护船，船的破旧和泄漏减少，也就爱护了环境。
又因为它的结构体积较小，占用航道较少，不易引起堆积、冲刷、淤填、回流等现象，因而对环境阻碍较少。
设于天然岛礁或围堰、护桩等间接式防撞结构不处的柔性防船撞装置由于大幅度地降低了船撞力, 因而达到爱护船也爱护环境的防护目标。
1.4.2本指南供新建桥梁和原有桥梁装设柔性耗能防撞装置时之用。
本指南中关于船撞力的部分章节可供设计柔性耗能防撞装置以外的防船撞装置时参考。
1.4.3本指南适用于桥下有（或可能有）航船通过的桥梁。
既适用于主桥桥墩的防船撞，也适用于引桥桥墩的防船撞。
仅有竹木流筏、流冰或兼有竹木流筏、流冰的桥梁可参考使用。
1.4.4桥梁柔性防船撞装置从安装方式来讲有2种型式：浮动式和固定式。
一样讲来潮差比较大或汛期水位变化比较大的多选用浮式。
1.4.5设计和谐。
不论浮式或固定式，桥梁柔性防船撞装置作为港口中的水工结构，或是航道两侧浮动设施，均应与船检、港口、航道和航政等海事部门进行和谐。
1.4.6车辆通道防撞。
本指南可供设计公路弯道和其他车辆通道防车辆撞击装置参考使用。
1.5 引用文件下列文件中的条款通过本指南的引用而成为本指南的条款。
由于柔性耗能防撞装置的进展超出下列文件原适用范畴，本标准对下列文件亦应有补充和进展，这时与本指南不符合的部分，均不适用于本标准。
鼓舞运用本指南的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本或修改后的版本。
1）中华人民共和国交通部JTG, D60-2004公路桥涵设计通用规范。
2）中华人民共和国铁道部，TB10002.1-2005铁道桥涵设计差不多规范。
2. 船舶撞击桥墩的作用力2.1船撞桥墩的力桥梁装设防船撞装置的要紧目的之一确实是降低桥墩所受的船撞力，因此正确估算船撞力是十分必要的。
本指南举荐对船舶撞击桥墩的作用力大小可用规范、体会公式法和动态有限元数值法两种方法进行运算。
我国有两个规范公式：公路规范（漂浮物公式）源于动量公式；铁路规范源于能量公式。
在这两个规范中，选定代入公式的数据需要进行专门多工作。
设计公路铁路两用桥梁时，必须同时符合这两个规范，因此本指南举荐的撞击力应取这两个规范分不运算得到的撞击力的较大者。
在规范公式法得到初步估算值之后，建议采纳动态有限元数值运算对撞击力进行详细校核。
2.2 船舶撞击桥墩的方向和角度假如桥墩正面（迎撞面）作成尖的（尖角形），船舶撞击桥墩正面尖部时，桥墩反力可拨开船头，该反力的强度随该尖角的减小而降低。
船舶撞击桥墩侧面时的力称为侧撞力，其大小视船与墩侧面的夹角而定，它随该夹角的减小而减小，而该夹角受航道的风和流等条件对失控船舶的阻碍而不同。
2.3 运算船撞力时的速度选择船撞墩的速度应认真厘定，通常运算船撞力所选择的速度应是桥被撞时最可能显现的速度。
选择方法是：先调查航行法规承诺的最大速度，再访咨询通过桥位诸航线的船长和驾驶员，了解该航线在各种水情时的实船航速，然后选取最可能显现的速度。
应分不运算水中各墩的撞击速度。
利用桥位处航道横截面上流速分布图，给出该桥各墩位处的流速[6]，综合考虑船速、流速和偏航情形后给出撞击速度的向量值。
有意违规的船舶的速度及其方向，另行考虑或不予考虑。
不采纳过分简单的速度分布假设。
[3]2.4源出动量公式的船撞力运算公式（公路规范公式）[2]船舶或漂浮物的冲击作用力按下式运算P=WV / (gT) (1)式中：P——飘流物撞击力(kN)；W——飘流物重力（kN)．应依照河流中飘流物情形，按实际调查确定；（参看表2.6）V——对飘流物是水流速度(m/s)；对船来讲是船舶相对桥墩的撞击速度;T——撞击时刻(s)，（应依照实际资料估量．一样用1s；）g——重力加速度9.81(m／s2)。
T值的实际资料：钢—钢筋混凝土0.05~0.08s钢—单个鼓形橡胶隔震垫0.13~014s钢—单个钢丝绳吸能防撞圈0 25-0 75s设计者应依照实际情形对T值进行运算或实验厘定。
使用钢丝绳吸能防撞圈串联和并联时应综合运算。
表2.4 钢船头撞击桥墩(全部能量交换)过程的时刻举例用柔性防撞装置或有斜面滑动船头，时刻会增加，交换能量会减少。
2.5 源出能量公式的船撞力运算公式（延伸修订的铁路规范公式）[1]墩台承担船舶或排筏的撞击力可按下式运算：F=VγSinα[W／(C1+C2+ C3)]0.5(2)式中：F——撞击力，kNγ一—动能折减系数，s/m0.5：当船只或排筏斜向撞击墩台(指船舶或排筏驶近方咨询与撞击点处墩台面法线方向不—致)时可采纳0.2，正向撞击(指船舶或排筏驶近方向与撞击点处墩台面处法线方向—致)时可用0.3；v——船只或排筏撞击墩台时的速度，m/s．此项速度关于船舶采纳航运部门提供的数据，关于排筏可采纳筏运期水流的速度：α一—船舶或排筏驶近方向与墩台撞击点处切线所成的夹角，应依照具体情形确定，（如有困难，可采纳。
α=200）W——船舶重或排筏重，kN：C1、C2、、C3一—船舶或排筏、墩台圬工和防撞装置的平均弹性变形系数，（原注：缺乏资料时可假定C1+C2=0.0005m／kN）此式可用于运算正撞力和侧撞力。
此式有一个动能折减系数，按撞击方向不同而有两种取值。
与撞击时的动能耗散有关。
α角在运算正撞力时仅与墩尖角度有关。
在运算侧撞力时应依照具体情形作一分析。
C1、、C2和C3由各设计者用不同的方法进行运算：对国内多位学者的模拟运算结果中包含有C1。
C2比C1小2～3个数量级，能够不计入（即设为0），引起的误差不大。
C3依照防撞装置而定。
表2.5 运算出的船头平均弹性系数C1序船型排水量t撞击速度m/s最大力MN变形m船头平均弹性系数C1 m/ k N1 79.54m客船5102 5.35 9.23 2.29 0.0002502 5000t级多用途船9839 5.0 46.8 5.40 0.0001203 万吨级散货船18917 5.0 56.5 6.85 0.0001204 万吨级集装箱船17670 3.0 16.5 0.77 0.0000475 3.5万吨级散货船45807 5.0 97.5 9.11 0.0000936 4万吨级油船50500 6.7 148.0 10.50 0.0000717 5万吨级散货船62500 3.0 99.0 6.97 0.0000708 6.5万吨级油船76189 5.0 290.0 6.44 0.000022 表注：由于动态力的局域性,船头刚度亦与动态参数(例如速度)有关。
2.6 与国际上常用的半体会估算公式相比较将上述运算与国际上常用的半体会公式相比较时，至少选择下述两个公式：1) 敏诺斯基，捷勒，沃易荪（Minosky, Gerlach, Woisin）公式；2）索尔，诺特，格林那（Saul-Svensson, Kaott, Greiner）公式。
当此两公式与（2）式的结果相差小于25%，可认为代入（2）式时所选参数算出的结果与国际常用半体会式相一致。
表2.6 货运船舶的载重量与满载排水量表序船型载重量(t) 满载排水量(t)载重系数1 5000t级油船5263.0 7235.0 0.732 5000t级沿海散货船6399.0 8670.0 0.743 7000t远洋干货船7228.0 10940.0 0.664 10000t级油船9927.0 12548.0 0.795 12000t级江海直达货船12000.0 20997.7 0.576 700TEU集装箱船12300.0 18466.1 0.677 13000t级油船13144.0 16964.0 0.778 15000t经济干货船15572.0 20881.0 0.739 15000t级油船15786.0 21020.0 0.7510 G2型20000t散货船20400.0 26485.0 0.7711 1700 TEU集装箱船20700.0 30166.0 0.6912 25000t级油船24774.0 32319.0 0.7713 27000t运木散货船27635.0 33852.0 0.8214 28000t多用途货船28450.0 38242.3 0.7415 30000t级油船32397.0 39830.0 0.8116 35000t浅吃水散货船35603.0 45807.4 0.7817 35000t级油船36665.0 45141.0 0.8118 4000027000t运木散货船42196.0 53144.0 0.7919 3108 TEU集装箱船42210.0 57251.0 0.7420 3800 TEU集装箱船42876.0 71263.0 0.6021 52300t散货船52104.0 62078.0 0.8422 70800t自卸船59654.0 77201.0 0.7723 63000 t级油船62200.0 76250.0 0.8224 5600 TEU集装箱船69285.0 93885.0 0.7425 90000 t级油船90261.0 105160.0 0.8626 110000t级油船110296.0 126622.0 0.8727 175000t散货船170800.0 193227.0 0.882.7桥墩抗船撞能力的校核2.8.1当桥墩设计者给出桥墩设计抗船撞强度，即能承担的水平力（X向和Y向），这时只要将船撞墩的力沿X、Y方向分解，这两个船撞力重量必须均不超过相对应的承诺撞击力。