鳌江特大桥主塔墩钢套箱防撞设计及分析.pdf

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1、浙江交通职业技术学院学报，第15卷第1期，2014年3月JournalofZhejiangInstituteofCommunicationsV01．15No．1．Mar．2014鳌江特大桥主塔墩钢套箱防撞设计及分析张海伟，严伟飞2，徐雅娟2(1．浙江交通职业技术学院，杭州311112；2．浙江省交通规划设计研究院，杭州310006)摘要：以温州鳌江特大桥为工程背景，通过对鳌江两岸代表船型：1000t船舶满载，船舶撞击速度为5m／s和3000t船舶压载，船舶撞击速度为2．6m／s，分别建立两种不同工况的有限元模型对增设

2、钢套箱防撞措施保护主塔墩进行船舶撞击力仿真模拟分析，以获得主塔墩处的船舶撞击力和结构动力反应。并对大桥的钢套箱的防撞效果进行评价，包括船舶撞击力的消减效果、对主塔墩的变形情况。本文的数值结果为鳌江特大桥的下部结构设计和防撞套箱的优化设计提供技术支持。关键词：鳌江特大桥；船舶撞击；数值模拟分析中图分类号：U447文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1671—234X．2014．01．010文章编号：1671—234X(2014)01—0044—04注桩，设2个备用孔。钢套箱宽度1．6～2．2ITI，水0

3、引言线长67．3in，型宽30．8in，型深8．3m。1．1代表船型及无船舶防撞措施下的设计防船撞安全是桥梁设计中的一个重要的技术问撞力概况题，鳌江特大桥采用有限元模拟方法研究船撞安全目前鳌江两岸停靠船舶的码头设计吨级是以及主塔墩防撞设施的有效性，为其主塔墩下部结1000t级，往往停靠3000t的散货船。这些散货船构设计和防撞套箱的优化设计提供技术支持。船长多在90113左右、船宽13．2m左右，吃水5m左右，空载水线以上高度在21Irl左右。根据《鳌1工程概况江特大桥船舶撞击力标准及防撞方案研究》的结论，在没有钢套

4、箱的防护下，由动力模拟计算方鳌江特大桥位于甬台温高速公路复线温州瑞安法、AASHT0规范及瞬态非有限元仿真的计算结果至苍南段工程，跨越温州鳌江口处，距瓯南大桥约的综合分析，主塔墩在1000t船舶按照5m／s撞击6km。主桥采用双塔双索面叠合梁斜拉桥，跨径为速度作用下，其横桥向设计防撞力为16．8MN。52+88+320+88+52=600In的叠合梁斜拉桥。主1．2设计通航水位及通航净空梁采用钢粱与混凝土桥面板组合梁，梁高为3ITI，鳌江特大桥处的设计代表船型为1000t级海中心距31．7Ill。主桥桥塔采用H型门式

5、桥塔，塔轮，桥梁采取单孔双向布置通航孔，通航净空为柱顶高程107．40ITI，承台顶高程5．00in，索塔总高274133×23．5m。设计最高通航水位4．59113(1985102．40m；桥塔基础采用对水流适应性较强的带倒高程，下同)，设计最低通航水位一3．5Ill(理论圆六边形承台，承台外形尺寸62．9in×27．613q，承值，船舶需趁潮进港)。台厚6．0m。承台下设38根直径为2．5in的钻孔灌收稿日期：2014—01—17作者简介：张海伟(1979一)，女，河北秦皇岛人，讲师，硕士，E—mail：heav

6、yzhw@163．coln。第1期张海伟，严伟飞，徐雅娟：鳌江特大桥主塔墩钢套箱防撞设计及分析45考虑船艏结构形式对撞击结果的影响，分别建立对2主塔墩防撞设计计算工况A和工况B有限元模型用于主塔墩钢套箱的船舶撞击仿真模拟计算。为精确模拟撞击中船艏结2．1计算模型和计算工况构的大变形、屈服等力学行为，船艏结构按实际建根据《温州港航道与锚地专项规划》以及《通模。航论证》，主塔墩处的防撞控制船舶如表1所示。表1代表船型尺度表主塔墩、塔座采用C50混凝土，承台、桩基础主塔墩、承台采用实体单元，六面体划分，桥墩与采用C35混凝

7、土。计算中，混凝土材料采用线弹性船舶的MSCPatran有限元模型见图1。钢套箱采用本构关系，密度为2500k~／m3，泊松比为0．167。板单元。图1工况A和工况B船艏正撞主塔墩有限元模型2．2主塔墩防撞设计与设计代表船舶船体结构相适应的钢结构变形、破使用主塔墩防撞设施是防止船舶撞击桥墩时发损来消耗船舶冲击能量。船舶撞击时，设施破损消生桥墩整体或局部破坏，有时甚至会影响到桥梁主能，减少对桥墩的撞击力及破损长度，避免船舶前体。通过对主塔墩增设防撞设施，可以阻止船舶直伸部分触及桥墩上部结构，同时加长防撞设施保护接撞击桥

8、墩，利用其缓冲消能的作用减小船舶撞击桩基。钢结构材料性能稳定，单位质量材料破损时力，起到保护桥梁安全作用。鳌江特大桥防撞设施消耗能量最大。在防撞设施外壁开设消坡孑L，在水的设计与承台施工相结合，即作为防船舶撞击的设位较低时消波可明显减少波浪对设施的冲击力。施，又作为施工时的钢套箱。该防撞设施主要利用2．2．1钢套箱防撞设施保护下工况A计算结果H