QB HY02-2010桥墩防船撞装置设计指南.doc

HY上海海洋钢结构研究所企业标准 QB/HY02-2010桥墩的船撞力计算及柔性防撞装置设计指南 2010-12-01发布 2010-12-01实施_上海海洋钢结构研究所发布目 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基本结构5、桥梁柔性防船撞装置的设计步骤6、船舶撞击桥墩数值计算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维修保养11、参考文献1前 言1.1 指南编写说明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，本指南作为主要评议依据之一。1.1.3 自本企业标准生效之日起，本所原有的：桥墩的船撞力计算及柔性防撞装置设计指南征求意见稿2002，桥墩的船撞力计算及柔性耗能防撞装置设计指南20052006出版4，桥梁的柔性防船撞装置设计指南2008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、使用人员将发现的问题和意见及时反映，以便吸收改进。1.1.4 本指南主要起草人：陈国虞，张 澄，杨黎明，王礼立1.2 符号和单位（表1）序符号名称符号单位备 注1角度、度、0或弧度当用于特定条文时按该条文定义或定语2统计数群在横轴上的平均值XCP与横轴单位相同3统计数群在横轴上的均方差n-1与横轴单位相同4船(或排筏)撞桥的总体力F、P、PmaxPSkN、MNF用于我国铁路规范;P用于我国公路规范和敏诺斯基公式;Pmax用于索尔公式;PS用于美国公路规范5船撞桥的相对速度Vm/s对漂流的排筏用水流速度6动能折减系数S/m0.57船或排筏的重量(重力)WkN、MN8船和桥墩的弹性系数C1、C2m/kg9撞击时间Ts10重力加速度gm/s211桥墩设防力 P kN、MN12船的载重量DWT t=kkg标记在船的证书上13船的满载排水量DPT、Dmax t=kkg标记在船的证书上14撞桥时船的实际排水量Dact t=kkg由船长提交或算出15桥墩吸能、能量增量EJ、kJ16变形量、位移量l、Lm、mm1.3 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。根据不同的防撞设施设计方法，典型船舶可以是上级文件中规定的，也可以是用统计方法得出，还可以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（一般设定为钢船撞上水泥墩）。在进行数值计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况，有各种情况下的侧撞力。在进行数值计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接结构防撞装置。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。对保护桥是很有效的，但通常不能保护船。有些场合（例如桥墩处水很深）不便于采用间接结构，就要使用直接结构。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柔性防船撞装置可以设于桥墩或间接式防撞结构的外面。设于桥墩外面的直接式柔性防撞结构，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受的水平力。达到既保护桥又保护船，船的破损和泄漏减少，也就保护了环境。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，因而对环境影响较少。设于天然岛礁或围堰、护桩等间接式防撞结构外面的柔性防船撞装置由于大幅度地降低了船撞力, 因而达到保护船也保护环境的防护目标。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说有2种型式：浮动式和固定式。一般说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设计协调。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协调。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发展超出下列文件原适用范围，本标准对下列文件亦应有补充和发展，这时与本指南不符合的部分，均不适用于本标准。鼓励运用本指南的各方，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铁道桥涵设计基本规范。 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主要目的之一就是降低桥墩所受的船撞力，所以正确估算船撞力是十分必要的。本指南推荐对船舶撞击桥墩的作用力大小可用规范、经验公式法和动态有限元数值法两种方法进行计算。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很多工作。设计公路铁路两用桥梁时，必须同时符合这两个规范，所以本指南推荐的撞击力应取这两个规范分别计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，建议采用动态有限元数值计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如果桥墩正面（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影响而不同。2.3 计算船撞力时的速度选择船撞墩的速度应仔细厘定，通常计算船撞力所选择的速度应是桥被撞时最可能出现的速度。选择方法是：先调查航行法规允许的最大速度，再访问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，然后选取最可能出现的速度。应分别计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、流速和偏航情况后给出撞击速度的向量值。故意违规的船舶的速度及其方向，另行考虑或不予考虑。不采用过分简单的速度分布假设。3 2.4源出动量公式的船撞力计算公式（公路规范公式）2船舶或漂浮物的冲击作用力按下式计算P=WV / (gT) (1)式中： P飘流物撞击力(kN)； W飘流物重力（kN)应根据河流中飘流物情况，按实际调查确定；（参看表2.6） V对飘流物是水流速度(m/s)；对船来说是船舶相对桥墩的撞击速度; T撞击时间(s)，（应根据实际资料估计一般用1s；） g重力加速度9.81(ms2)。T值的实际资料： 钢钢筋混凝土 0.050.08s 钢单个鼓形橡胶隔震垫 0.13014s 钢单个钢丝绳吸能防撞圈 0 25-0 75s设计者应根据实际情况对T值进行计算或实验厘定。使用钢丝绳吸能防撞圈串联和并联时应综合计算。表 2.4 钢船头撞击桥墩(全部能量交换)过程的时间举例序船 型总长(m)船宽(m)型深(m)载重(t)排水量(t)速度(m/s)时间(s)11000t级多用途货船68124.9 1120 16005.01.4023000t级多用途货船93167.8322046003.02.1035000t级油船10715.07.5 5263 72354.01.8645000t级散货船10717.69.0690094004.01.905万吨级多用途船13722.411.010475170004.01.906万吨级散货船14022.012.213189190004.02.4674万吨级油船15030.017.040000505005.13.2885万吨级油船19732.319.250000625004.03.0095万吨级散货船18232.317.252300625003.04.50 表注：表中数值从各家计算收集而来，冲击力下降至峰值的1/4左右即认为过程结束，如用柔性防撞装置或有斜面滑动船头，时间会增加，交换能量会减少。2.5 源出能量公式的船撞力计算公式（延伸修订的铁路规范公式）1墩台承受船舶或排筏的撞击力可按下式计算： F=VSinW(C1+C2+ C3)0.5 (2)式中：F撞击力，kN 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问与撞击点处墩台面法线方向不致)时可采用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此项速度对于船舶采用航运部门提供的数据，对于排筏可采用筏运期水流的速度：一船舶或排筏驶近方向与墩台撞击点处切线所成的夹角，应根据具体情况确定，（如有困难，可采用。=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=0.0005mkN）此式可用于计算正撞力和侧撞力。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。角在计算正撞力时仅与墩尖角度有关。在计算侧撞力时应根据具体情况作一分析。C1、C2 和C3由各设计者用不同的方法进行计算：对国内多位学者的模拟计算结果中包含有C1。C2比C1小23个数量级，可以不计入（即设为0），引起的误差不大。C3根据防撞装置而定。表2.5 计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 N179.54m客船51025.359.232.290.00025025000t级多用途船98395.046.85.400.0001203万吨级散货船189175.056.56.850.0001204万吨级集装箱船176703.0 16.50.770.00004753.5万吨级散货船458075.097.59.110.00009364万吨级油船505006.7148.010.500.00007175万吨级散货船625003.099.06.970.00007086.5万吨级油船761895.0290.06.440.000022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 与国际上常用的半经验估算公式相比较将上述计算与国际上常用的半经验公式相比较时，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经验式相一致。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15000t级油船5263.07235.00.7325000t级沿海散货船6399.08670.00.7437000t远洋干货船7228.010940.00.66410000t级油船9927.012548.00.79512000t级江海直达货船12000.020997.70.576700TEU集装箱船12300.018466.10.67713000t级油船13144.016964.00.77815000t经济干货船15572.020881.00.73915000t级油船15786.021020.00.7510G2型20000t散货船20400.026485.00.77111700 TEU集装箱船20700.030166.00.691225000t级油船24774.032319.00.771327000t运木散货船27635.033852.00.821428000t多用途货船28450.038242.30.741530000t级油船32397.039830.00.811635000t浅吃水散货船35603.045807.40.781735000t级油船36665.045141.00.81184000027000t运木散货船42196.053144.00.79193108 TEU集装箱船42210.057251.00.74203800 TEU集装箱船42876.071263.00.602152300t散货船52104.062078.00.842270800t自卸船 59654.077201.00.772363000 t级油船62200.076250.00.82245600 TEU集装箱船69285.093885.00.742590000 t级油船90261.0105160.00.8626110000t级油船110296.0126622.00.8727175000t散货船170800.0193227.00.882.7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，即能承受的水平力（X向和Y向），这时只要将船撞墩的力沿X、Y方向分解，这两个船撞力分量必须均不超过相对应的允许撞击力。2.8.2对不同标高的撞击点应分别校核桥墩危险截面的强度，包括抗剪强度和抗弯强度或其组合，因为桥墩受到的船撞力矩与船舶的撞击位置相关，所以应考虑桥墩的危险截面到船撞部位的距离（应与航道水位有关）。2.8侧撞力的估算船舶撞击桥墩墩侧面时的撞击力即为侧撞力。侧撞力P侧可用下式估算：P侧=P Sin恻撞角式中：P为正撞力。恻撞角的确定.：恻撞角= |风流压偏角|+|桥法线偏角|风流压偏角随该时间的自然条件和船舶条件而定，在自然条件正常、桥位设置正常、符合港航规定时，风流压偏角不大于150，所以，普通货船、驳船均可取=200 。2.9有限元数值计算船撞力由于影响船撞力的因素很多，如船舶和桥墩的材料和结构特性、船舶和桥墩的几何尺寸、撞击加载速度等都将影响船舶对桥墩的撞击力及其强度，可采用有限元数值计算校核。采用有限元数值计算的正撞力时程曲线峰值，通常大于上述各公式计算得到的船撞力。若进行桥墩动态响应计算时，注意了防撞元件应使用典型实验曲线进行正确的拟合；桥墩对水平力的响应计及了桥梁元件和材料的动态性能等因素，有限元数值模拟计算校核通过即可。3. 全桥防船撞设计3.1 对桥型、桥垮的及时建议用户向防船撞的专门单位（本所、乙方）提出防撞设计要求后，乙方应及时研究该航线、航段的水流和船舶运输的情况，并应对船型发展规划、河道整治规划和港口建设规划尽可能的掌握或推算，如发现桥型、桥跨选择对防船撞不合理时，应及早向用户提出修改建议。向用户提出的桥梁防船撞建议，应该包括铁道桥涵设计基本规范和公路桥涵设计通用规范两个规范中各章节所包涵的防船撞要求，还应该从船桥互利相安、社会持续发展的观点，提出合理而充分的建议。83.2 有柔性耗能防撞圈的装置和绳索耗能柔性拦船装置跨海湾（河湾、海峡等）的长桥，通常由主通航孔、辅通航孔、水中引桥和滩地引桥等组成。分别有不同的情况：主通航孔水比较深，高墩高塔投资较大，而且通航净宽比较宝贵，因此对柔性防撞装置降低船撞力的要求较迫切；辅通航孔、水中引桥孔等水比较浅，通航的船较小，一般要求的水平抗力相对较小。主通航孔一般可作有柔性防撞圈的防撞装置6，水中引桥很长时，可设计绳索耗能柔性拦船装置93.3 关于船撞桥的概率研究设计71）由于船撞桥的统计样本较少,一般不仅以统计结果作为设计或不设计防撞装置的依据。2）应用户要求，可提交概率分析研究报告，作概率分析研究时，船撞速度应计及各墩所处位置的实际流速5；偏航概率在具体航线和航段的水流情况，应予以具体考虑；几何概率应根据桥梁初步设计的桥墩形状予以考虑，如桥墩形状不符合规范或不符合水流和船舶运输的具体情况，应及时向用户提出；经过柔性防撞设计降低了船撞力后，桥墩水平抗力仍不能满足要求时，应及时向用户提出加强桥墩。4）经过上述反复设计和修改之后，船撞上桥墩的几率可以得出，但撞塌几率已经为0。（即船撞上后的撞力 桥墩水平抗力）。4. 桥梁柔性防船撞装置的原理和基本结构4.1 桥梁柔性防船撞装置的原理6“桥梁柔性防船撞装置”是利用其结构内各部件的共同作用，使得船撞桥产生的冲击不直接作用在桥墩上，而是经过柔性的防撞部件缓冲后传到桥墩，柔性缓冲部件起到隔阻强冲击波、减少撞击力、延长低载荷下撞击过程时间的多种效果。尤其是延长撞击过程中，低载荷下的时间，并由于防撞装置具有较大的缓冲移动，使船舶有时间和空间转向，将船舶推离桥墩，使船舶沿防撞装置外侧滑走，从而带走船的大部分动能，降低了船-桥撞击过程中的能量交换。达到“四两拨千斤”的功效。从而实现既保护桥梁，又能避免（或大幅度降低）船舶受到伤害的目的。4.2 桥梁柔性防船撞装置的基本结构桥梁柔性防船撞装置的基本结构：主要由防撞圈、外钢围和内钢围三部分构成，防撞圈位于外钢围和内钢围之间，而内钢围的内壁与桥墩相接触，即桥墩位于内钢围之内侧。当发生船撞事件时，船舶撞在外钢围的外壁上，船撞力通过支撑在外钢围内壁上的防撞圈的缓冲作用后，经内钢围传递到桥墩上。 4.2.1外钢围：外钢围是环状钢箱形结构,箱梁的局部结构刚度不小于来撞典型船舶的船首刚度,并需要适当的动态结构刚度。使得在受到撞击过程中，外钢围不会因变形的局域化而镶住船头。但由于支撑在外钢围内壁上的防撞圈的刚度相对较小，在船撞作用下，具有较强结构刚度的外钢围迫使这些防撞圈同期受力、变形和运动，同时造成外钢围整体产生足够大的位移。4.2.2外钢围迎撞角：外钢围的正面（迎撞面）作成锥角形（尖角形，该角度不应大于90度），船舶撞击柔性防撞装置的外钢围外壁尖部时，外钢围的反力可拨开船头，该反力的强度随该尖角的减小而降低。考虑到工程的造价和施工方便，该尖角的角度不宜小于45度。4.2.3防撞圈：在柔性防撞装置的外钢围和内钢围之间串联并联地布置着几十个至几百个防撞圈，防撞圈提供了柔性防撞装置的非线性柔性，使得外钢围整体可以产生大的位移。在外钢围后退的初期，防撞圈产生的阻挡力较小，后退一定距离后，作用力逐渐加大。并联组构的防撞圈越多，对外钢围（相当于对船舶）产生的作用力越大；串联组构的防撞圈越多，外钢围（相当于对船舶）整体位移量越大。防撞圈的组构形式取决于来撞之船舶的大小。还可根据需要，设计防撞圈的刚度和尺寸。4.2.4内钢围：主要为了支撑防撞圈、传递作用力以及隔离船头而设计。4.2.5浮式或固定式：根据桥区的水位变化情况，桥梁柔性防船撞装置可设计成浮式的或固定式的。若是浮式的，外钢围和内钢围应设计成水密性的，并分别具有46个或更多独立的水密舱。当有两个水密舱被船舶撞坏漏水时，该防船撞装置仍不至于沉没。四 桥梁柔性防船撞装置的设计步骤4.1 计算船舶撞击力4.1.1 确定典型船：通过对桥下通航船舶密度、船型、吨位等的调查，（可以作一个时期的通航船舶直方图，应取平均值加3选择船舶的大小）以及该航道的发展规划（通常应该为50100年，规划不详细时，由设计人给与补充）的调查，基于防撞保证率研究、选择，回国来确定计算船撞力用的典型船，包括船型、吨位和航速。4.1.2根据航道的流速及风向，分析船舶的风流压偏角。采用半经验公式初估、再用有限元程序计算船舶撞击力，并分析计算得到的船撞力的可靠性。4.1.3计算船撞力降低：根据强度校核，确定所装设的柔性防撞装置能够使得桥墩受到的船撞力降低多少。4.2 桥梁柔性防船撞装置的初步设计4.2.1选定采用浮式或是固定式：根据桥墩的结构设计、桥位、桥形，以及水位和通航条件的资料，确定柔性防船撞装置是采用浮式或是固定式，以及柔性防船撞装置主体框架结构，包括柔性防船撞装置与桥墩的位置关系和联系形式。4.2.2设计迎撞角：根据对柔性防船撞装置降低船撞力的百分数的要求，设计柔性防船撞装置外钢围的迎撞角角度。4.2.3防撞圈设计：根据船撞力和撞击船能量的大小，设计柔性防船撞装置中的防撞圈的组构形式，以及防撞圈的大小和数量。4.2.4外钢围刚度：设计柔性防船撞装置外钢围的局部刚度不小于典型船的船首刚度。4.2.5防船撞装置整体的强度：设计柔性防船撞装置整体的强度不小于桥墩的设计抗船撞强度。4.3 桥梁柔性防船撞装置设计的完善完成桥梁柔性防船撞装置的初步设计后，对其进行有限元数值仿真分析，为改善设计提供依据。动态数值仿真分析内容包括：在船撞过程中，桥墩所受到的动态撞击力，船舶受到的动态撞击力，船舶在撞击过程中的动态能量转换，该装置关键技术设计参量：外钢围刚度设计、迎撞角的角度设计、该装置的整体强度设计、以及防撞圈的组构设计等。基于数值仿真分析结果，改进柔性防撞装置设计。其步骤如下：桥梁柔性防船撞装置总图设计 数值仿真计算 优化设计（修改，再计算） 数值仿真计算验证 设计防撞装置施工图。即：对修改后的设计方案重新进行数值仿真分析研究，验证防撞装置是否达到设防要求。若未能达到要求，继续改进设计，重复：优化设计 仿真验证之过程，直到防撞装置达到设防要求。4.4 桥梁柔性防船撞装置设计的细部结构设计 应参照船舶的钢结构设计方法进行。4.5 桥梁柔性防船撞装置设计的施工方案和零件设计应参照船舶的钢结构设计方法进行。五 船舶撞击桥墩数值计算通过数值计算可得到撞击系统（船、防撞装置和桥墩）的力、能量和变形随时间的变化过程、以及防撞圈的受力同期性、外钢围弹塑性变形、直至局部毁坏的图像，和船舶的运动轨迹。5.1 计算软件推荐使用商用有限元软件，如LS-DYNA、ABQUES等作为动态有限元分析用软件。5.2 划分单元对于撞击系统：船、防护装置和桥墩分别划分单元，视其结构的繁简进行划分，构建有限元模型。船头每个构件各自成为单元，到防撞舱壁以后可以进行简化，但保持其重心，作用力和变形等的特征不受因简化而产生的影响，应避免简化不当而影响计算结果。当发现简化会影响计算结果时，应改变简化方法。5.3 材料模型在材料模型中，应考虑材料参量的应变率敏感性，采用率相关的材料模型，包括：钢、混凝土、防撞圈，特别是防撞圈应采用率相关的材料模型。5.4 计算计算时，可利用多台微机分别平行计算或大型计算机的多个CPU同时运算，后者需要有供多个CPU同时运算的软件，以加速数值计算进程，缩短防撞装置的设计周期。5.5 从计算结果中取出报告所需数据这部分工作极需注意表达方式，应合乎桥梁工程师们的想法，符合工程习惯，易于接受。5.6 将计算结果与材料和结构的动态性能对比材料和结构在动态载荷作用下，其强度、变形和断裂等性能均有不同的表现。因此，应以动态性能与动态计算结果相比较，才能得出正确的衡量。六 钢丝绳（柔性耗能）防撞圈参数及组合形式6.1 钢丝绳（柔性耗能）防撞圈它的内层由钢丝绳压接而成，外面复合橡胶，变形时钢丝之间摩擦，井有弹塑性变形，表现出粘滞性，所以有很大的耗能率，消耗掉大部分撞击能；同时可产生较大的变形，起缓冲作用、降低撞击力。实验表明，在同样外载条件下：柔性耗能防撞圈较同样体积的橡胶减震垫，耗能率约增大3倍，撞击时间延长至2倍，撞击力大幅下降。柔性耗能防撞圈的“力变形”曲线为凹曲线，在初始加载阶段，防撞圈在较低的作用力下产生较大的变形。6.2 钢丝绳（柔性耗能）防撞圈的应用应用在桥梁柔性防船撞装置中，为该装置提供了恰当的柔性，达到大幅降低船撞力，既保护桥也保护船的目的。由于单个柔性耗能防撞圈的吸能值不大，承载力优先，在桥梁柔性防船撞装置中通常使用几十个、几百个防撞圈，这些防撞圈串联和并联组构固结于内外钢围之间，所采用的紧固元件必须设计可靠。由于柔性防撞装置高功效，因此，需要一定的建设成本，在建设初期应予估计。6.3 钢丝绳（柔性耗能）防撞圈参数 在桥梁柔性防船撞装置设计中应根据来撞船舶的动能大小，选用不同规格的防撞圈。防撞圈的参数如下表所示，其形貌如下图和下两所示。 图6.3 高耗能柔性复合防撞圈的形状和尺寸表6.3-1 高耗能柔性防撞圈的尺寸、重量和允许偏差型 式型号外 形 尺 寸 mm重量kgD1D2123cdef按图1A40040019012042421514510017725A60060030017044442516012028076A800800380230808030200150350194允许偏差2%2%2%2%2% 表6.3-2 防撞圈的能量消耗率 额定外加之功能量消耗值（功）JJ 5000030000 2000012000 120007200 6.4 钢丝绳（柔性耗能）防撞圈的组构在桥梁柔性防船撞装置中，防撞圈按其布置可分为并联和串联两种组构。为使并联和串联各组之间正常传力，可适当设计紧固的结构。七 浮体设计7.1浮体审图检验船舶检验单位属交通部海事局领导，在上海和武汉分别设有海洋和内河船舶(包括海洋工程浮动结构)的审图中心本防撞装置的浮体就是一艘具有大月亮井的趸船，其月亮井形状与桥墩外形相配。故应按其所处水域，向相应单位申请船舶检验。7.2浮体要求7.2.1按水位(包括最大水位、通航水位最低水位等)要求设计浮体。浮体在各水位时，均应使防撞设施实现其功能。7.2.2浮体，如果不是按照外钢围或內钢围设计的，应在防撞装置受撞时自身不直接受到撞击，以免损坏。7.2.3浮体可分块制造、组装，或分块使用。7.2.4外钢围和内钢围应分别具有46个或更多独立的水密舱，当有两个水密舱被船舶撞坏漏水时，该防船撞装置仍不至于沉没。7.3位移空间防撞圈需有很大的位移空间，浮体要承受防撞圈的重力，并要给予变形时的滑动位移空间，滑动处需有润滑措施。7.4防腐设施钢结构应采用表面保护的最新长效措施进行防腐。可在钢结构上先用喷涂锌铝伪合金长效防腐蚀涂层系统外加牺牲阳极阴极保护。此外，由于经常有水的环境（干舷较小），可以用海洋工程水舱保护涂层进行防护。7.5 适应水位变化的滑动设计浮体为适应水位变化，设计成沿桥墩外表面滑动的，要求浮体沿着桥墩上下能够滑动，必须在间隙处精心设计，使其不致卡住。应采取合适的间隙、分布合理的支点以及选用最佳的减摩材料触点。如果是设计成固定式，优点是没有浮体，结构就简单了；缺点是当水位变化较大时需用防撞装置的尺寸太大，不利于降低设计物的成本。八 桥梁柔性防船撞装置的其它附属设备8.1 撞击记录仪 桥梁柔性防船撞装置外层的钢围子上，可设置冲击传感器，以记录船舶撞击桥墩的力度和防撞效果,纪录仪设置在桥塔或桥墩上的路面附近，用隔热房子保护，便于随时或定期检查、取阅记录。记录仪采用有信号即启动的方式，设定门槛值，冲击达不到此门槛值记录仪不启动。8.2非结构性防撞装置8.2.1标志及灯标导航系统，桥墩有规定的标志灯及标志，也可以自行设计标志灯及其系统，但须与港航部门协调8.2.2加强雷达与导航系统，设置专门的导航站进行导航，当船偏离最佳航线时对其发出警告。九 桥梁柔性防船撞装置的防腐设计及维修保养9.1 防腐设施桥梁柔性防船撞装置主要由钢结构组成，长期处于水中，甚至处于腐蚀性极高的海水中，并且还长期受到波浪的冲刷，必须设计用于钢结构表面保护的长效措施进行防腐。推荐使用多重防护，以达到长期使用而维修较少的目的。应该使用计算方法求得各种保护措施实现保护的年限。在桥梁柔性防船撞装置安装完毕后，应检查连接部位的防腐层，发现问题及时修补。9.2 装置撞坏后的维修9.2.1 小面积损伤：当防撞装置受到船舶擦碰时，可能发生局部损伤，当受损程度不大时，可按类似于船舶修理方法进行局部结构拆换处理，然后对结构的防腐涂层进行必要的修补。9.2.2 大面积损伤：当防撞装置受到船舶的强烈撞击时，可能发生大面积损伤，应对损伤部件、甚至单体（如受损的水密浮箱）进行更换等必要的修复工程。9.2.3 定期维护：定期维护是保证桥梁柔性防船撞装置长使用寿命的一个关键点，可每半年进行一次例行检查。检查内容包括：防撞装置外表面是否损伤、防腐体系是否受到损害、钢结构有无出现局部锈蚀、连接部位有否松动等。发现问题，及时修复。9.3 整体维护桥梁柔性防船撞装置每使用5年可进行一次整体维护，内容包括：9.3.1 用高压水清洗，清除表面的寄生生物。9.3.2 在锈蚀部位进行打砂除锈。9.3.3 检查钢结构的受损（腐蚀）程度，当钢板厚度因受损减少10时，应更换该部件。9.3.4 更换出现破损或失效的防撞圈、紧固件等9.3.5 全面检查防腐设施，发现问题，进行修复，甚至按设计配套进行重涂。11、参考文献1。陈国虞，有防撞装置时计算船撞桥的力铁路桥梁规范中船撞力公式的延伸修订。 铁道标准设计 2004 （1）2。陆宗林 陈国虞 张 澄 统一我国两个桥涵设计规范中船撞力公式的探讨。 第十七届全国桥梁学术会议论文集。人民交通出版社 20063。王礼立 杨黎明 陈国虞 陆宗林 船桥相撞时撞击力和动态能量转换的冲击动力学分析 英文版发表于：第七届国际冲击工程研究会 论文集 2010年7月 华沙4. 陈国虞 王礼立 船撞桥及其防御。 北京 中国铁道出版社 20065. 陈国虞 陈明栋 郑 丹 计算船撞力选择撞击速度时考虑墩位流速的方法 广东造船2010年 第3期6. 陈国虞 张 澄 王礼立 黄德进 柔性消能防撞装置的技术特点。 桥梁2007 （4）58-62北京7. 陈国始 浅谈用概率论研究船撞桥的几个方法问题 第十七届全国桥梁学术会议论文集。人民交通出版社 20068.陈国虞 评议桥梁防撞设计的依据 住房和城乡建设部 桥梁检测、养护与维修加固创新技术交流研讨会 论文集2010-12 深圳 9.陈国虞 倪步友 张 澄 刁金龙 严 景 马海友 跨海湾（河湾）桥非通航孔拦船防撞装置 住房和城乡建设部 桥梁检测、养护与维修加固创新技术交流研讨会论文集2010-12 深圳 .18