《1 防撞研究概述》
1 防撞研究概述
泰州大桥位于江苏省长江的中段，处于江阴长江大桥和润扬长江大桥之间，三塔悬索桥中塔墩位于航道边缘，可能遭受船舶的撞击；通过研究偏航船舶撞击大桥桥墩的概率和作用荷载，并根据作用力大小和桥墩承受水平力的能力，提出切合实际的防撞方案。
《2 泰州大桥防撞设计基础条件》
2 泰州大桥防撞设计基础条件
《2.1 通航净空尺度》
2.1 通航净空尺度
通航净空尺度见表 1。
《表1》
表 1 桥梁通航净空尺度
Table 1 Navigation clearance scale of the bridge
《2.2 通航代表船型》
2.2 通航代表船型
通航代表船型见表 2。
《表2》
表 2 主要代表船型
Table 2 Main type of the vessel
《2.3 典型中塔墩防撞工况》
2.3 典型中塔墩防撞工况
典型中塔墩防撞工况见表 3。
《表3》
表 3 中塔墩防撞工况
Table 3 Working condition of ship－bridge collision
《3 研究工作技术路线》
3 研究工作技术路线
研究工作技术路线见图 1。
《图1》
图 1 防撞研究技术路线
Fig. 1 Research procedure flow chart
《4 泰州大桥船舶撞击风险评估》
4 泰州大桥船舶撞击风险评估
《4.1 可接受风险标准》
4.1 可接受风险标准
参照欧洲或美国（AASHTO）规范[1]，桥梁遭受船舶严重碰撞的年频率 
10-4为可接受范围。
《4.2 船舶撞击概率的模型》
4.2 船舶撞击概率的模型
4.2.1 AASHTO 模型
大桥各桥墩年撞击频率按以下公式计算：
4.2.2 德国昆兹（C. U. Kunz）[2]模型
偏航角 
的分布函数：
停船距离 x 的分布函数：
《4.3 泰州大桥船舶撞击风险》
4.3 泰州大桥船舶撞击风险
泰州大桥船撞损坏频率水平为 10-4，按照美国国防部的风险决策[3]标准，风险指标为 1D，为尽量采取有效措施避免发生的风险。
《4.4 相关因素对船舶撞击风险影响》
4.4 相关因素对船舶撞击风险影响
1） VTS 和船舶航行定线制可以减少风险；
2） 船舶过桥航速与撞桥风险和撞击力成正比；
3） 桥区航道水流；
4） 在桥墩设置防撞设施，碰撞概率增加，但是撞桥风险降低；
5） 大桥施工期风险大；
6） 航运发展加大船撞桥风险；
7） 船舶撞击风险概率模型不同但量级基本吻合。
综上所述， 泰州大桥船撞损年频率水平为10-4，应尽量采取有效措施防船撞，依据泰州大桥船舶撞击风险结果，其中中塔墩防撞设计受 5 万吨级船舶控制。
《4.5 典型船舶直接撞击中塔墩数学模拟分析》
4.5 典型船舶直接撞击中塔墩数学模拟分析
1）5 万吨级船舶满载，中水位速度 4.0 m/s，横桥向撞击桥墩，见图 2。
《图2》
图 2 撞击桥墩数学模拟分析
Fig. 2 Mathematical simulation analysis of impact to pier
2）5 万吨级船舶满载，中水位速度 1.0 m/s，顺桥向撞击桥墩，见图 3。
《图3》
图 3 撞击桥墩数学模拟分析
Fig. 3 Mathematical simulation analysis of impact to pier
《4.6 三塔悬索桥中塔墩防撞力》
4.6 三塔悬索桥中塔墩防撞力
中塔墩防撞力见表 4。
《表4》
表 4 中塔墩防撞力
Table 4 Design impact force of the center tower
《5 泰州大桥中塔墩防撞方案》
5 泰州大桥中塔墩防撞方案
为对泰州大桥中塔沉井基础进行保护，由上下游独立防撞墩、桥梁自身加强及在基础外围设置的附着式钢套箱防撞设施和桥区通航管理措施共同形成防撞体系保护大桥（见表 5 和图 4）。
《表5》
表 5 中塔墩基础防船撞体系组成
Table 5 Components of ship －bridge collision protection system
《图4》
图 4 中塔墩防撞体系布置图
Fig. 4 Layout of ship－bridge collision protection system
《5.1 中塔墩独立式防撞设施》
5.1 中塔墩独立式防撞设施
上下游防撞墩布置在中塔主墩上下游 170 m 处，上游防撞墩平面形状为鱼嘴形，顺水流方向最大尺寸为 34.5m，横水流方向最大尺寸为 33m，桩基采用 20 根 1 200 ×14 mm 斜度为 5∶1 的钢管桩（斜桩）和 6 根 1 200 ×14 mm 钢管桩（直桩），上部结构采用墩台结构，中心区域厚度为 2 m，外设高 6 m 的防撞构件，并在圆弧段安装橡胶护舷。下游防撞墩平面为长方形，在转角位置采用圆弧相接，顺水流方向最大尺寸为 24 m，横水流方向最大尺寸为 30 m，桩基采用 16 根 1 200 ×14 mm 钢管桩，上部结构同上游防撞墩。两个防撞墩均布置有太阳能航标灯。
《5.2 中塔墩附着式防撞设施》
5.2 中塔墩附着式防撞设施
防撞设施主体的结构由内、外围壁，底板，上甲板，平台甲板（两层）及钢护舷等板架构件组成。 总长度 71.6 m，宽度 57.6 m，高度 7.8 m，壁体宽度 3.5 ～2.1 m。 为了施工及安装方便，承台钢防撞设施分为 8 分段，采用高强度螺栓进行连接。
在中塔沉井基础上部设置 36 套预埋件，防撞设施依靠自重置于承台上表面，用拉杆连接承台预埋件与防撞设施眼板，防撞设施内侧安装 0.1 m 厚的板状橡胶，防止钢防撞设施直接与浇注承台碰撞。
《5.3 防撞设施功能》
5.3 防撞设施功能
设施防撞功能见表 6，中塔墩防撞设计控制船舶为 5 万吨级。
《表6》
表 6 设施防撞功能
Table 6 Function of protection system
《5.4 典型中塔墩防撞设施性能数学模拟分析》
5.4 典型中塔墩防撞设施性能数学模拟分析
1）5 万吨级船舶满载，撞击上游防撞墩速度 4.0 m/s，撞击能量 142 MJ，见图 5。
《图5》
图 5 防撞设施性能数学模拟分析
Fig. 5 Mathematical simulation analysis of collision protection device performance
2）5 万吨级船舶满载，撞击下游防撞墩速度 1.5 m/s，撞击能量 20 MJ，见图 6。
《图6》
图 6 防撞设施性能数学模拟分析
Fig. 6 Mathematical simulation analysis of collision protection device performance
《6 结语》
6 结语
依据有关船舶碰撞规范和指导文件，并结合泰州大桥水文及结构特点，进行船舶撞击风险分析，运用船舶碰撞动力学理论，就船舶对桥墩和防撞设施的撞击力进行计算分析，并按照研究结论设计大桥中塔墩防撞设施，为大桥施工及运营的防撞安全提供了保证。
京公网安备 11010502051620号
