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桩基础桥梁船撞简化动力分析 　　【摘要】 目前各国桥梁设计规范中船撞力往往被等效为静力荷载，这种做法忽略了船撞作用的动力效应，因此提出桥梁船撞设计的动力分析方法是十分必要的。目前，使用有限元技术分析桥梁船撞问题成为一种主流，比较精确的方法是建立船舶与桥梁结构的有限元模型进行碰撞接触计算。然而这种方法耗时耗力，不便被工程界广泛使用。结合已被普遍掌握的桥梁结构杆系建模技术，可以使用质量―弹簧体系模型模拟船桥碰撞相互作用，进行桥梁船撞简化分析。 　　【关键词】船桥碰撞，等效静力分析，简化动力分析 　　1船桥碰撞问题的研究现状 　　随着世界经济的不断发展，船舶碰撞桥梁的事故时有发生。据统计资料显示，美国在1970～1974年间，内河上共发生了811起船撞桥事故。美国的阳光大桥、澳大利亚的塔斯曼大桥等都是在被船撞塌后重建的。在我国，船撞桥事故也是频繁发生。武汉长江大桥自从1957年建成以来发生了70余起船撞桥事故，其中直接经济损失超过百万元的事故就超过10起。南京长江大桥自建桥至今已发生了约30起船撞桥事故。重庆白沙沱大桥被船撞已达上百次之多。东海大桥在施工期间基础就曾遭受船撞而断裂。据不完全统计，仅发生在我国长江、珠江、黑龙江三大水系干线上的船撞桥事故就达到300起以上。东海大桥在施工期间基础就曾遭受船撞而断裂，2007年广东九江大桥引桥被驳船撞塌是最近较为严重的事故。严重的船撞桥事故除了引起人员伤亡和巨大的直接经济损失外，还可能阻断交通线而带来难以估量的间接经济损失和社会影响。 　　然而随着金融危机的爆发，国家为扩大内需更是投入了四万亿的资金，全国掀起了路桥建设的高潮。与此同时，重大桥梁工程受船撞的威胁越来越受到关注。这些跨江跨海的大型桥梁都具有通航密度大，下水桥墩数量多的特点，存在着较大的受船舶撞击的风险。因此，桥梁船撞设计已成为跨通航流域桥梁的设计中不可缺少的一部分。 　　船撞桥分析的系统研究始于1978年。此后美国和国际桥梁与结构工程协会等许多国家和专业学科组织通过一系列研究和举行学术研讨会取得了丰硕成果，加深了对船撞桥风险、机理、设计和防撞等方面的认识，并以设计指南、规范和专题报告、论文等形式总结了相关研究成果。1991年，美国道路工程师协会（AASHTO）编写了美国的《公路桥梁船撞设计指南》[1]，专门针对美国的内河桥梁提出了基于风险的船撞设计技术标准和设计方法，内容涵盖了设计船舶的确定、碰撞概率分析、碰撞力的计算、船舶破损长度的计算、防撞保护系统设计等。1994年，该指南的核心条款又写入了美国《公路桥梁设计规范》[2]。在欧洲，1997出版了欧洲统一规范第一卷（Eurocode 1）第2.7分册[3]，指导桥梁船撞设计。 　　在我国，2004年颁布的《公路桥涵设计通用规范》[4]将船舶分为轮船和内河驳船两类，分别根据航道等级列表给出了设计船舶撞击力。1999年颁布的《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-99）[5]中，给出了设计船舶撞击力的计算公式。上述两本规范对于桥梁船撞的其它问题没有给出系统的技术规定。因此可以说目前我国的桥梁船撞设计还没有完整和系统的技术标准和规程加以指导。 　　在上述的指南及规范中，都是把船撞力等效为一种静力荷载，而实际船撞桥则是一种动力作用。这就造成了设计与实际船撞桥过程的很大的不同。并且，若要保证设计的安全可靠性，则会导致资金和材料的浪费。近些年来，国内外许多学者进行了船撞桥动力效应的研究，并取得了一定的成果，但此方面的研究并不成熟。可喜的是，随着计算机与有限元技术的不断发展，使得船撞桥的模拟和计算变得更加便利，船撞荷载作为一种动力荷载放在桥梁设计规范中指日可待了。 　　2现有的主要规范条文对船撞设计荷载的规定 　　根据目前的工程实践，除了重大桥梁工程采用船-桥碰撞的数值模拟方法外，国内外桥梁船撞设计均采用等效静力方法。 　　2.1 AASHTO规范公式 　　1991年AASHTO颁布的桥梁船舶撞击设计指南[6]（Guide Specification and Commentary for Vessel Collision Design of Highway Bridge）给出了船艏正撞时的设计船舶撞击力计算式： 　　（1） 　　式中： 　　PS-等效静态撞击力（MN）； 　　-船舶的载重吨位（t）； 　　-船舶的撞击速度（m/s）。 　　AASHTO规范公式适用于油轮、货轮、散货船类型的船舶的船头正撞桥墩的情况。 　　2.2欧洲规范公式 　　1999年，欧洲统一规范Eurocode 1 的2.7分册中规定，桥梁的船撞设计撞击力应根据设计代表船舶按照下式来计算： 　　（2） 　　式中： 　　-碰撞体在撞击时的速度（m/s）；