JTGT_3360-02-2020_公路桥梁抗撞设计规范.pdf

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1、JTG 中华人民共和国行业推荐性标准中华人民共和国行业推荐性标准 JTG/T 3360-022020 公路桥梁抗撞设计规范公路桥梁抗撞设计规范 Specifications for Collision Design of Highway Bridges 2020-04-20 发布发布 2020-08-01 实施实施 中华人民共和国交通运输部发布中华人民共和国交通运输部发布 1 前前 言言 根据交通运输部 关于下达 2008 年度公路工程标准制修订项目计划的通知（厅公路字2008147 号）的要求，中交公路规划设计院有限公司作为主编单位主持编制公路桥梁抗撞设计规范（JTG/T 3360-0220

2、20）。本规范对公路桥梁抗船撞的有关技术要求进行了规定。在编制过程中，编写组进行了大量的科研工作，吸取了国内已有的研究成果和实际工程经验；参考、借鉴了国内外相关的标准规范。在规范初稿编写完成以后，通过多种方式广泛征求了设计、施工、建设、管理等有关单位和专家的意见，并经过反复讨论、修改后定稿。本规范共包括七章和四个附录，主要内容为：总则、术语和符号、总体设计、设计基本要求、设防船撞力与设防代表船型、船撞效应计算方法和结构性防船撞设施，附录为：构件抗船撞性能指标、船舶信息的收集和分类、船撞桥概率-风险分析方法和船撞动力荷载。请各有关单位在执行过程中，将发现的问题和意见函告本规范日常管理组。联系人：

3、李会驰（地址：北京市德胜门外大街 85 号，中交公路规划设计院有限公司，邮编：100088，传真：010-82017041，电子邮箱：），以便修订时研用。主编单位：主编单位：中交公路规划设计院有限公司 参编单位参编单位：同济大学 上海船舶运输科学研究所 招商局重庆交通科研设计院有限公司 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 北京深华达交通工程检测有限公司 主主 编：编：赵君黎 主要参编人员：主要参编人员：王君杰、金允龙、李文杰、耿 波、冯 苠、李会驰、高水德、王福敏、邬 都、冯清海、翟慧娜 审查人员：审查人员：范立础、张建军、吴琼、于光、胡建华、鲍卫刚、詹建辉、王克海、章渝、魏志刚、谢素

4、华、杨渡军、梁智涛、彭元诚、谭邦明、史方华、梁立农、徐宏光、刘海清、钟明全、华新、马骉、王东2 晖、刘硕、邹永超 参加人员：参加人员：王宏丹、张 旭、李 雪、张 杰 I 目目 次次 1 总则总则.1 2 术语和符号术语和符号.2 2.1 术语.2 2.2 符号.3 3 总体设计总体设计.5 3.1 一般规定.5 3.2 桥位与桥轴线.6 3.3 桥型与结构.7 3.4 通航净空.8 3.5 防撞设施.8 4 设计基本要求设计基本要求.10 4.1 一般规定.10 4.2 抗船撞设防目标.11 4.3 抗船撞性能验算.13 5 设防船撞力与设防代表船型设防船撞力与设防代表船型.15 5.1 一般

5、规定.15 5.2 分析方法.20 6 船撞效应计算方法船撞效应计算方法.23 6.1 一般规定.23 6.2 质点碰撞方法.24 6.3 强迫振动方法.24 7 结构性防船撞设施结构性防船撞设施.26 7.1 一般规定.26 7.2 选用原则.26 7.3 设计方法.28 附录附录 A 构件抗船撞性能指标构件抗船撞性能指标.29 A.1 钢筋和钢骨混凝土构件的性能指标.29 A.2 钢管混凝土构件的性能指标.31 II A.3 支座性能指标.32 A.4 桩基础整体稳定性指标.33 附录附录 B 船舶信息的收集和分类船舶信息的收集和分类.34 B.1 数据调查.34 B.2 船型分类.34

6、B.3 船型数据统计.36 B.4 船型及交通量预测.37 附录附录 C 船撞桥概率船撞桥概率-风险分析方法风险分析方法.39 C.1 桥梁航道模型.39 C.2 船舶与桥墩碰撞判定准则.42 C.3 设防船撞力.42 附录附录 D 船撞动力荷载船撞动力荷载.46 D.1 撞击力-撞深关系.46 D.2 强迫力模型.48 本规范用词用语说明本规范用词用语说明.52 1 1 总则总则 1.0.1 为规范和指导公路桥梁抗撞设计，制定本规范。1.0.2 本规范适用于公路新建桥梁中主体结构的抗船撞设计。条文说明条文说明 桥梁主体结构的的抗船撞性能，是其安全使用的核心因素。非主体结构，与主体结构在撞损后

7、果、可修复性和社会影响上差异显著。1.0.3 公路桥梁抗撞设计应综合考虑桥梁、船舶、水运管理和公路管理等因素，合理确定桥梁的总体方案、设防目标、防撞设施等。条文说明条文说明 船舶撞击桥梁成因复杂，水文条件、桥位或桥梁布置、船舶的通行量和船型构成、航运或公路运输管理等均会影响撞击风险。确定抗撞设计方案时，需要对这些因素进行全面系统的分析。1.0.4 公路桥梁主体结构宜采用基于性能的抗撞设计方法。条文说明条文说明 对于船撞作用，如采用基于单一目标来设计，保证桥梁在可预见的撞击作用下处于安全状态，偏于保守。基于性能的设计方法，考虑撞击发生的概率和撞击力的强度等因素，采用一系列的结构性能目标作为设计准

8、则，保障在撞击作用下实现结构预定功能。目前，在抗震设计中已采用基于性能的抗震设计方法。1.0.5 公路桥梁抗撞设计，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家和行业现行相关标准的规定。2 2 术语和符号术语和符号 2.1 术语术语 2.1.1 基于性能的抗撞设计 performance-based collision design 结构的设计准则由一系列可以实现的性能目标来表示，保证在船舶撞击力作用下实现结构预定功能的抗撞设计方法。2.1.2 船舶撞击力 vessel impact force 船舶与桥梁构件发生碰撞时产生的作用力。2.1.3 设防代表船型 design vessel of coll

9、ision 用于桥梁抗撞设计时选定的代表船舶类型。2.1.4 设防船撞力 design force of vessel collision 用于桥梁抗撞设计的船舶撞击力代表值。2.1.5 排水量 displacement weight 船舶排开水的质量。2.1.6 附连水质量 added mass of entrained water 为反映碰撞时水对船体的作用，将水按照一定的规则简化为附加在船体上的等效质量。2.1.7 附连水质量系数 coefficient for added mass of entrained water 附连水质量与船体排水量的比例系数。2.1.8 航迹线 track

10、line 船舶航行的平面轨迹线；可通过船舶自动识别系统（AIS）、船舶航行服务系统（VTS）获得。2.1.9 防撞设施 protection facilities 用于防止船舶撞击桥梁、或降低船舶撞击作用的工程结构或装置。2.1.10 助航设施 navigation-aid measure 用于帮助船舶正确航行的标识或装置；可设置在陆地、桥梁或航道中。3 条文说明条文说明 本章仅将本规范出现的、需要明确定义的术语列出，大家都比较熟悉的通用术语，没有编入。术语的解释，其中有部分是国际公认的；但大部分则是概括性的涵义，并非国际或国家公认的。术语的英文名称不是标准化名称，仅供引用时参考。2.2 符号

11、符号 2.2.1 材料性能有关符号 ywf钢骨的屈服强度设计值；dR桥梁构件的抗船撞性能；cdV混凝土部分的抗剪承载力设计值；sdV钢骨部分的抗剪承载力设计值；wdV箍筋部分的抗剪承载力设计值；ydV构件的抗剪承载力设计值；c混凝土剪切强度。2.2.2 作用和作用效应有关符号 DWT船舶载重吨位；F设防船撞力，按船型分为轮船撞击力设计值、驳船撞击力设计值；FDH甲板室撞击力设计值；FM 桅杆撞击力设计值；F船撞力时间过程；F撞击力-撞深关系；0I 初始动量；M满载排水量；qkQ汽车荷载准永久值；adS 考虑船撞作用的偶然组合下作用效应设计值；T撞击力持续时间；4 V船舶撞击速度；VU船舶在航道

12、内的正常行驶速度；VL水域特征流速。2.2.3 几何参数有关符号 gA构件横截面的毛截面积；D钢骨的腹板高度；E河床高程；H水位高程；pL塑性铰长度；船舶吃水深度。2.2.4 计算系数及其他有关符号 CM附连水质量系数；K构件极限塑性转角的安全系数；n船撞范围内桥墩的数量；ng独立的箍筋环数量；构件性能等级系数；船舶轴线与碰撞面法线夹角；S抗剪冲击效应折减系数；d性能等级的界限值。5 3 总体设计总体设计 3.1 一般规定一般规定 3.1.1 总体设计应合理确定桥位、桥型、跨径、构造，必要时可设置防撞设施或采取监控预警措施等，将船舶撞击桥梁的风险降低到合理和可接受的程度。条文说明条文说明 公路

13、桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南（试用）将风险定义为事故发生的可能性及其损失的组合。综合措施旨在降低撞击事件发生的概率或避免撞击事件引起不良后果。合理和可接受的程度原则上以桥梁标准规范的有关规定为基础，结合相关方的意见综合确定。桥梁总体设计需要考虑的因素很多。总体而言，路线规划是第一位的，决定了桥梁的位置；桥区的自然因素决定了桥梁建设的技术难度和管理难度，桥区的通航条件决定了桥梁的通航净空和桥墩布置。另外，综合考虑建设期工程投资和服役期成本是近年来设计理念的新突破。在监控预警措施方面，繁忙航道上的桥梁有必要设置专用的船撞监测和预警系统，并可将其作为桥梁健康检测系统的子系统。设置专用监测系统旨

14、在记录肇事船舶信息、桥梁被撞击部位信息以及因船舶撞击产生的结构反应，有助于事故分析、撞击后桥梁安全性能的评价和桥梁船撞设计理论与方法的改进。专用监测系统的设计需进行专门研究或按现有相关规范执行。3.1.2 桥梁抗撞设防区域应包括主通航孔、辅通航孔以及设计最高通航水位下船舶可能到达的非通航孔。条文说明条文说明 船舶事故调查资料的统计分析表明，撞击非通航孔引起的桥梁垮塌事故的数量约为撞击主通航孔的两倍，非通航孔桥的船撞问题需引起重视。3.1.3 桥梁抗撞设计应以结构自身抗撞为主，必要时可采用结构性防船撞设施。条文说明条文说明 新建桥梁结构自身应具有抵抗设防船撞力的能力。为应对超越自身抗撞能力的撞击

15、事件、防止桥梁局部破损等，设置必要的结构性防船撞设施，兼顾船舶防6 护。3.1.4 多孔跨越航道的桥梁，应根据相对航道的位置等分析各个桥墩的撞击风险，确定其设防船撞力和抗撞设计方案。条文说明条文说明 受自然条件影响，多孔长桥各部分的被撞概率、后果均不相同，需要在考虑撞击风险的基础上确定设防船撞力和抗撞设计方案。3.2 桥位与桥轴线桥位与桥轴线 3.2.1 跨越航道桥梁的桥位选择应符合现行 公路工程水文勘测设计规范（JTG C30）、内河通航标准（GB 50139）、运河通航标准（JTS 180-2）、海轮航道通航标准（JTS180-3）和长江干线通航标准（JTS180-4）的相关规定。3.2.

16、2 桥位宜选择通航河道顺直，海床、河床稳定，水文条件与通航环境良好，桥区水域海床、河床冲淤变化幅度不大的区域。3.2.3 桥位宜避开弯道、汊道、滩险、分流口、汇流口、港口作业区、锚地等区域，距弯道险滩的距离应满足船舶航行、作业的安全要求。3.2.4 位于库区的桥位应考虑库区水位变化；位于港区、城镇以及滩险和锚地等的桥位应考虑航道、港口和城镇发展与规划，航道上下游情况，港口作业情况以及岸线的利用情况等。条文说明条文说明 库区水位往往存在大水位落差的特点，以三峡水库为例，成库后坝前水位一般按照 145m-155m-175m 进行调度，一年之中水位落差通常在 30m 以上，选择桥位时需综合考虑水位变

17、化情况对桥梁船撞的影响。位于港区、城镇以及滩险和锚地的桥位，需充分考虑到桥区附近港口、码头、锚地近期及远期规划的影响，以便对通航船舶密度、通航船舶吨位以及类型应有充分的预估。3.2.5 跨越主河槽的桥轴线宜与水流主流方向或航迹线正交。条文说明条文说明 7 我国内河航道常具有高水漫滩、枯水归槽等双元化特征，水流流向在丰水期与枯水期有所不同，水流主流方向选取时需兼顾水位年出现频率和最高通航水位对桥梁的影响。3.3 桥型与结构桥型与结构 3.3.1 桥型选取时应充分考虑桥区水深情况和今后可预见的水位变化情况。条文说明条文说明 经验表明，中承式和上承式拱桥的拱圈、多跨连拱以及 V 型桥墩受船撞而垮塌的

18、风险较大。国内也有因水位变化而导致拱圈被撞风险增大、需要增设防撞设施的案例。3.3.2 存在撞击风险的桥梁宜选择跨越能力大、抗撞能力强的桥型；桥墩位置应结合航道合理确定，宜设置于浅水区或设计最高通航水位水域以外。条文说明条文说明 桥梁跨越能力大一方面可以减少水中墩的数量，降低水中桥墩被撞风险，避免对航运的影响。另一方面，大跨桥梁的桥墩或桥塔规模较大、其抗撞能力强。桥墩位于浅水区或设计最高通航水位水域以外，以降低后避免大型船舶的直接撞击。3.3.3 设防区域内存在撞击风险的桥梁构件宜满足下列要求：1 桥梁下部结构宜选择抗撞性能较好的结构形式。2 桩基础应避免遭受船舶直接撞击。条文说明条文说明 桥

19、墩或桥塔的主要防护部位包括墩（塔）柱、承台以及桩基；主拱的主要防护部位为拱圈；对于存在撞击风险的主梁，也需考虑防撞设施的设置。桥梁下部结构需要具有一定的赘余度，以减小因撞击造成结构局部破坏后引起的大范围破坏或结构倒塌，避免和起因不相称的后果。与墩身、承台相比，桩基础的刚度和抗撞能力最弱，需避免船舶直接撞击桥梁桩基础，必要时设置必要的防撞设施，保证桥梁基础安全。8 3.4 通航净空通航净空 3.4.1 桥梁通航孔的通航净空尺度应满足现行 内河通航标准（GB 50139）、运河通航标准（JTS 180-2）、海轮航道通航标准（JTS180-3）和长江干线通航标准（JTS180-4）的要求。条文说明

20、条文说明 当航道与桥梁轴线交角大、或出现桥群情况，或桥址位于弯曲航道附近时，需考虑这些因素的影响，适当加大桥梁通航孔的通航净空宽度、或一孔跨过通航水域、或一跨过河。3.4.2 桥梁的通航净空高度应满足自最高通航水位起算的航道代表船型水线以上高度与富裕高度之和，富裕高度应满足现行 内河通航标准（GB 50139）、运河通航标准（JTS 180-2）、海轮航道通航标准（JTS180-3）和长江干线通航标准（JTS180-4）的要求。条文说明条文说明 本条规定旨在避免驾驶舱和桅杆撞击桥梁上部结构。3.5 防撞设施防撞设施 3.5.1 桥梁防撞设施可采用主动防撞设施、结构性防船撞设施，或两者的组合。条

21、文说明条文说明 主动防撞设施一般包括助航设施、警示标志、安全监控预警设施等。安全监控预警设施是船撞桥风险控制体系的组成部分，其功能包括船撞事故的监测、事故危害识别、信息发布等，目的是尽量减少船撞事故的损失，并可及时启动船撞桥梁事故应急预案。结构性防船撞设施属于被动防撞设施，分为独立式、一体式和附着式防船撞设施，如防撞墩、沙岛、防撞套箱等，以减小或避免船撞对桥梁的损伤。3.5.2 一体式和附着式结构性防船撞设施的设计、建设应与桥梁主体结构同期开展。3.5.3 防撞设施的比选应综合考虑适用性、耐久性、维护性、可修复性和经济性9 等因素。10 4 设计基本要求设计基本要求 4.1 一般规定一般规定

22、4.1.1 抗船撞设计原则应根据新建桥梁重要性、通航环境、气象水文条件和所处阶段等因素综合确定。条文说明条文说明 桥梁重要性、通航环境、气象水文条件、所处阶段等均是确定抗船撞原则时需要考虑的因素。所处阶段主要基于桥梁建设期和运营期抗撞能力不同的考虑。施工期间，桥梁不具备设计要求的抗撞能力，这期间通常需要联合航道管理、海事等部门，采取临时通行管理措施，加强施工水域航行安全，采用“以防为主，防控结合”的原则。运营期则采用“以抗为主，以防为辅”的原则。这也是近年来大桥建设的经验之一。4.1.2 桥梁抗船撞设计宜符合下列规定：1 船撞重要性等级为一级、二级的桥梁，宜采用两水准船撞作用设计；2 船撞重要

23、性等级为三级的桥梁，可采用一水准船撞作用设计。4.1.3 桥梁抗船撞设计应按图 4.1.3 的设计流程进行。图图 4.1.3 桥梁抗船撞设计流程桥梁抗船撞设计流程 适宜的抗撞设计方案 11 4.2 抗船撞设防目标抗船撞设防目标 4.2.1 桥梁的抗船撞设防目标应根据船撞重要性等级、船撞作用设防水准确定。4.2.2 桥梁的船撞重要性等级应按照所属公路等级和桥梁分类按表 4.2.2 的规定取用。对于有特殊要求的桥梁，其船撞重要性等级可根据具体情况研究确定。表表 4.2.2 公路桥梁的船撞重要性等级公路桥梁的船撞重要性等级 所属公路等级 桥梁分类 特大桥 大桥 中桥 高速 C1 C1 C1 一级 C

24、1 C1 C1 二级 C1 C1 C1 三级 C2 C2 C2 四级 C2 C3 C3 注：1 桥梁分类按现行公路桥涵设计通用规范（JTG D60）规定的单孔跨径确定，对多跨不等跨桥梁，以其最大跨径为准；2 国防公路、生命线公路上桥梁的船撞重要性等级应取 C1 级；3 表列桥梁包括主桥和船舶能到达水域的引桥。条文说明条文说明 抗撞设计中的桥梁重要性等级是根据所属公路等级和结构规模确定的，进而选用不同的抗撞设防目标和性能要求。小桥一般不具备桥下通航的条件，因而重要性等级中未予包含。本规范分类原则与国际通用的性能分类基本对应。美国公路桥梁船撞设计指南对桥梁重要性分为以下 3 类：I 类：为社会安全

25、机构、消防结构、公共卫生机构、应急救援结构等应对紧急情况提供关键运输路线的桥梁；连接国家级枢纽交通和通信设施、资源和能源供应基地的桥梁；连接重要军事设施的桥梁。II 类：除 I 类、III 类以外的桥梁；III 类：承担的车辆和人员交通量稀少且周围无关键安全和社会功能节点交通需要的区域性桥梁。4.2.3 船撞作用设防水准应按表 4.2.3 的规定取用。12 表表 4.2.3 船撞作用设防水准划分船撞作用设防水准划分 船撞作用设防水准 失效概率 L1 110-3 L2 110-4 条文说明条文说明 本条依据基于性能设计方法的国际通则，提出了两个作用水准。两个水准的失效概率主要参考了美国公路桥梁船

26、撞设计指南。4.2.4 桥梁的抗船撞设防目标应按表 4.2.4-1 确定，结构的抗船撞性能等级应按表 4.2.4-2 的规定取用，构件的抗船撞性能等级应按表 4.2.4-3 的规定取用。表表 4.2.4-1 桥梁的抗船撞设防目标桥梁的抗船撞设防目标 船撞作用设防水准 船撞重要性等级 C1 C2 C3 L1 P1 P1 P2 L2 P1 P2 P3 表表 4.2.4-2 桥梁结构的抗船撞性能等级桥梁结构的抗船撞性能等级 结构的抗船撞性能等级 总体性能描述 构件的抗船撞性能等级要求 柱式构件 支座 桩基础 P1（长期功能降低的临界状态）结构构件的安全性能完全保持，即其承载能力和通行能力没有降低，但

27、因局部损伤（如保护层混凝土剥落等）影响桥梁的耐久性，需要进行耐久性的补修。JX1 JX1 JX1 P2（部分安全功能丧失的临界状态）结构主要构件受到一定程度的损伤，即其承载能力和通行能力一定程度降低，当限制交通荷载和通行能力时，仍可以使用，可以提供紧急通行功能。损伤可以修复，且修复后功能可以得到恢复。JX2 JX2 JX2 P3（安全功能完全丧失的临界状态）结构接近倒塌，承载能力和通行能力接近完全丧失。JX3 JX3 表表 4.2.4-3 桥梁构件的抗船撞性能等级桥梁构件的抗船撞性能等级 构件的抗船撞性能等级 性能描述 柱式构件 支座 桩基础 JX1 无需维修 支座可以保持正常功能 碰撞后基础

28、正常工作 JX2 可修复的损伤 支座发生破坏，但不发生落梁；更换 主要功能不受影响，无需大的维修即可继续使用 JX3 更换新构件 需维修加固 13 条文说明条文说明 交通运输部科技项目“西部地区内河桥梁船舶防撞标准和设计指南的研究”成果表明，桥梁结构体系的抗撞能力按照性能分级，主要考虑桥梁被撞后的承载能力变化、使用功能影响和可修复性问题；桥梁构件的抗撞能力按性能分级，主要考虑构件的可修复性；桥梁按照设防水准和重要性分类构成各级性能的矩阵列表，即桥梁抗撞性能目标。本节的这几个系列表格构成了基于性能抗撞设计的目标体系，也就是设计要达到的目标和对设计结果进行评价的标准。4.3 抗船撞性能验算抗船撞性

29、能验算 4.3.1 抗船撞性能验算应分别进行强度验算和变形验算。4.3.2 抗船撞性能验算应符合下式规定：dadSR （4.3.2-1）ad=?;qk?（4.3.2-2）式中：Rd桥梁构件的抗船撞性能，按附录 A 的规定计算；Sad桥梁构件在考虑船撞作用的偶然组合下作用效应设计值；G桥梁结构永久作用标准值；F设防船撞力；Fw水流、波浪压力标准值；qkQ汽车荷载准永久值。条文说明条文说明 本条给出了撞击作用偶然组合需要考虑的作用。明确了温度作用等不参与撞击组合，是对现行公路桥涵设计通用规范（JTG D60）的补充。船撞作用属于偶然作用，根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60）的规定，偶然组合各

30、类作用的分项系数统一取 1.0，参与组合的主要可变作用取其频遇值或准永久值，这里规定参与船撞组合时汽车荷载取其准永久值。美国公路桥梁设计规范中，船撞组合考虑了 0.55 倍的汽车荷载，与本条规定类似。4.3.3 柱式构件的性能等级按构件转角或塑性铰区转角划分，其界限值按应按附14 录 A 计算。4.3.4 当墙（板）式构件承受面外力时，应按柱式构件进行抗撞验算；承受面内力时，抗剪能力应按附录 A 计算。15 5 设防船撞力与设防代表船型设防船撞力与设防代表船型 5.1 一般规定一般规定 5.1.1 桥区及上下游水域通航船舶的信息和数据应按附录 B 的规定进行调查；信息和数据的表达应满足设计的需

31、要和有关规定的要求。条文说明条文说明 详实和可靠的桥区通航环境信息是合理评估桥梁受船舶撞击风险的基础，因此需要对相关的信息进行全面和深入的调查。附录 B 给出了需要调查的船舶相关信息。5.1.2 设防船撞力宜根据设防代表船型、撞击速度，采用第 5.1.3 条和 5.1.4 条的公式计算。当不具备分析条件时，也可按照现行公路桥涵设计通用规范（JTG D60）的规定取值。条文说明条文说明 参照公路桥涵设计通用规范JTG D60、内河通航标准（GB 50139）、运河通航标准（JTS 180-2）、海轮航道通航标准（JTS180-3）和长江干线通航标准（JTS180-4）等，将设防代表船型简要划分为

32、轮船和驳船。5.1.3 轮船的设防船撞力计算应符合下列规定。1 与桥梁碰撞时，轮船撞击力设计值应按下列公式计算：F=0.621MaVCM (5.1.3-1)=1 exp 1.01 1.0sssHHHHHH (5.1.3-2)0011(1 cos)baM (5.1.3-3)式中：F轮船撞击力设计值（MN）；a轮船撞击力系数，取 0.033；几何尺寸的修正系数；16 撞击角度的修正系数；V船舶撞击速度（m/s），按本规范第 5.1.5 的规定取用；CM附连水质量系数，按图 5.1.3 取值，船艏正撞时宜取 0.1-0.3，侧撞时宜取 0.5-4.5；M满载排水量（t）；H被撞体厚度（m）；sH船艏

33、高度（m）；统计系数，取 4.0；船舶轴线与碰撞面法线夹角，0 45；a0、b0 参数，按表 5.1.3 取值。表表 5.1.3 a0、b0的取值的取值 参数 法向撞击力 撞击力合力 a0 36.61 69.13 b0 0.42 0.50 0.00.10.00.40.60.81.01.02.03.04.0CM0.150.30.54.5船长方向船宽方向船舶吃水/航道水深 图图 5.1.3 附连水质量系数附连水质量系数 2 与桥梁上部结构撞击时，甲板室撞击力设计值应按下式计算：FDH=RDHF (5.1.3-4)RDH 0.532-2.66DWT10-6 (5.1.3-5)式中：FDH甲板室撞击力

34、设计值（MN）；F轮船撞击力设计值（MN），按式（5.1.3-1）计算；RDH折减系数；DWT船舶载重吨位(t)，等于轮船满载排水量减去空船质量。3 与桥梁上部结构撞击时，桅杆撞击力设计值应按下式计算：FM=Km FDH （(5.1.3-6)17 式中：FM 桅杆撞击力设计值（MN）；Km系数，取 0.133。条文说明条文说明 1 轮船撞击桥梁是一个动态过程，出于简化工程设计的目的，将动态的船舶撞击过程用一个等效静力来近似代替。式(5.1.3-1)是根据我国 8 艘代表性轮船(3000DWT-50000DWT)的船撞动态时间过程，经过数理统计得到的。式(5.1.3-1)的计算结果与我国现行公路

35、桥涵设计通用规范（JTG D60）和美国公路桥梁船撞设计指南相关规定的对比情况见表 5-1。结果表明，本规范等效静力计算公式的计算结果与公路桥涵设计通用规范（JTG D60）和美国公路桥梁船撞设计指南相差很小，考虑到该计算公式的经验统计性质，这种差别是可以忽略的。表 5-1 轮船撞击力的比较(MN)（船舶撞击速度 3m/s）船舶吨位（DWT）本规范的计算值 中国公路桥涵设计通用规范 美国公路桥梁船撞设计指南 3 000 18.3 19.6 20.05 5 000 24.4 25.4 25.88 7 500 30.6 31.0 31.70 10 000 36.0 35.8 36.60 20 00

36、0 53.0 50.7 51.76 30 000 66.5 62.1 63.39 40 000 78.2 71.7 73.20 50 000 86.6 80.2 81.84 其中，附连水质量系数 CM的取值参考了欧洲的研究结果，详见国际桥梁和结构工程协会（IABSE）技术报告交通船只与桥梁结构的相互影响（综述与指南，1991 年 9 月）。2 美国公路桥梁船撞设计指南中给出了甲板室撞击桥梁上部构件的撞击力计算公式。与国内有关数值模拟计算结果相比，美国指南给出的撞击力计算值明显偏小，详见表 5-2。此外，船舶甲板室撞击力与甲板室的结构尺度、强度及与桥梁结构接触范围有关，有限元计算结果比较离散。本

37、规范根据数值模拟结果，对甲板室撞击桥梁上部构件的力进行了调整。表 5-2 船舶甲板室撞击力计算结果比较 18 船舶吨位 DWT 有限元计算结果(MN)美国指南计算结果(MN)有限元结果/美国指南结果 2.66 倍美国指南中甲板室碰撞力 PDH=3RDHPs 速度 5 m/s 1000 6.6 3.78 1.75 10.05 2000 6.26（动力模拟值）5.31 1.18 14.12 3000 30.0 6.47 4.64 17.21 5000 22.0 8.27 2.66 22.00 10000 35.0 11.40 3.07 30.32 平均值 2.66 3 美国公路桥梁船撞设计指南中给

38、出了桅杆撞击桥梁上部构件的撞击力计算公式。与国内有关数值模拟计算结果相比，美国指南给出的撞击力计算值明显偏小，详见表 5-3。本规范根据数值模拟结果，对桅杆撞击桥梁上部构件的力进行了调整。表 5-3 船舶桅杆撞击力计算结果比较 船舶吨位 DWT 有限元计算结果(MN)美国指南计算结果(MN)有限元结果/美国 指南结果 3.38 倍美国指南中桅杆碰撞力 PMT=0.40PDH 速度 5 m/s 1000 1.0 0.378 2.65 1.28 2000 1.6 0.531 3.01 1.79 3000 2.1 0.647 3.25 2.19 5000 4.0 0.827 4.84 2.80 10

39、000 4.1 1.140 3.60 3.85 50000 4.0 2.012 1.99 6.80 150000 10.0 2.324 4.30 7.86 平均值 3.38 5.1.4 和桥梁撞击时，驳船撞击力设计值应按下式计算：0.700.015FMV （5.1.4）式中 F驳船撞击力设计值（MN）；M满载排水量（t）；V船舶撞击速度（m/s），按本规范第 5.1.5 的规定取用。条文说明条文说明 式(5.1.4)是根据我国 7 艘代表性驳船(50DWT-3000DWT)的船撞动态时间过19 程，经过数理统计得到的。式(5.1.4)的计算结果与我国现行公路桥涵设计通用规范（JTG D60）和

40、美国公路桥梁船撞设计指南的对比情况见表 5-4。结果表明，本规范等效静力计算公式给出的结果除 3000 吨级外均小于美国公路桥梁船撞设计指南给出的结果，但均大于我国公路桥涵设计通用规范给出的驳船设防船撞力。表 5-4 驳船撞击力的比较(MN)（船舶撞击速度 3m/s）船舶吨位（DWT）本规范的计算值 中国公路桥涵设计通用规范 美国公路桥梁船撞设计规范 50 0.62 0.15 3.67 100 1.00 0.25 6.18 300 2.17 0.40 6.57 500 3.10 0.55 6.80 1 000 5.04 0.80 7.57 2 000 8.18 1.10 8.82 3 000

41、10.87 1.40 10.18 5.1.5 船舶撞击速度宜根据桥区水域的实测数据或可靠的模拟试验数据确定。当不具备分析条件时，船舶撞击速度可按图 5.1.5 速度曲线采用公式（5.1.5）计算：图图 5.1.5 船舶撞击速度曲线船舶撞击速度曲线()UcLUcLULcLLcLLVxxx Vx Vx VVVxxxxxVxx （5.1.5）式中：V船舶撞击速度（m/s）：VU船舶在航道内的正常行驶速度（m/s）；XcXLVTminV撞击速度(V)离航道中心线距离(X)20 VL水域特征流速（m/s），根据桥址处水文统计确定；x桥墩中心线至航道中心线的距离（m）；xc航道中心线至航道边缘的距离（m）

42、；xL航道中心线至 3 倍船长处的距离（m）。条文说明条文说明 船舶撞击桥梁的速度是确定撞击力的关键要素之一，按船舶失控情况考虑，其下限值 VL取水流速度，上限值 VU取正常船舶航速（含水流速度）,需要根据桥止处的通航船舶航速调查、气象水文调查确定。其中，水流速度包括洪水期高水位、枯水期低水位和通航水位等多个状况。值得注意的是，撞击速度沿航道中心线向两侧递减，3 倍船长以外的可通航水域仍然有撞击速度，意味着仍然有撞击力。3 倍船长来源于美国的船撞设计指南。5.1.6 桥梁下部结构设计时，横桥向船舶撞击力应垂直于桥轴线；顺桥向船舶撞击力取横桥向船舶撞击力的 1/2；两者不组合。5.1.7 可能受

43、到船舶甲板室或桅杆撞击的桥梁上部结构，应验算横桥向船舶撞击力对结构的作用。最小值可取船舶漂流速度下甲板室撞击力或桅杆撞击力计算，其作用方向宜垂直于桥轴线。条文说明条文说明 桥梁上部结构被船舶桅杆、塔台等突出甲板部位撞击的概率大，世界各地发生船舶撞桥的实例也是如此。上部结构一旦被撞，桥梁和船舶均呈现损坏、损毁的概率较大。5.2 分析方法分析方法 5.2.1 设防代表船型宜采用航道通航条件影响评价、或按照第 5.2.2 条的分位值方法、或按照第 5.2.3 条的概率风险分析法确定，并满足下列要求：1 采用分位值方法或概率风险分析法确定的设防代表船型，不宜低于航道通航条件影响评价的要求。2 一水准设

44、计的设防代表船型可采用分位值法或概率-风险分析法确定；采21 用概率-风险分析法时，船撞作用设防水准应选用表 4.2.3 中的 L1 水准。3 两水准设计的设防代表船型宜根据概率-风险分析法确定。条文说明条文说明 桥梁船撞问题为水路交通和公路交通等专业的交叉学科，航评方法和分位值法或概率-风险分析法是在这一背景下由各学科提出的处理方法。按照基于性能的设计思想，桥梁建设部门可通过技术协商等，综合分析后确定设防代表船型。5.2.2 当航道船舶数据资料齐全、且航道仅通行浅吃水的内陆驳船或通航船舶尺度差别很小时，设防代表船型可采用分位值法确定，并应符合下列规定：1 船撞重要性等级为 C1、C2 级时，

45、采用 5%准则确定设防代表船型。2 船撞重要性等级为 C3 级时，采用 10%准则确定设防代表船型。条文说明条文说明 将全年存在碰撞风险的通航船舶按从大到小排列，按 5%准则，设防代表船型取第 50 位船型或概率分布为 5%船型的较小者；按 10%准则，设防代表船型取第 200 位船型或概率分布为 10%船型的较小者。5.2.3 采用概率-风险分析方法确定设防代表船型时，宜符合下列规定：1 采用第 4.2.3 条规定的船撞作用设防水准，按附录 C 的规定确定桥墩或基础的设防船撞力。2 由设防船撞力，采用 5.1.3 条、5.1.4 条规定的撞击力计算公式和第 5.1.5 条规定的撞击速度确定设

46、防代表船型。条文说明条文说明 对于通航船舶种类繁杂、通航量大以及水中存在很多桥墩的情况，同时考虑到船舶撞击桥梁事件的偶然性质，采用概率-风险分析方法确定设防船撞力是一个比较合理的方法。船撞概率-风险分析方法参考了工程场地地震概率-风险分析方法，考虑了船舶撞击桥梁的具体特征。该方法可以考虑船舶、通航量、船舶事故等统计信息，理论基础比较系统和完善，一般情况下推荐采用此方法，特别是重要桥梁和宽阔水域的桥梁。在确定设防船撞力之后，仍然需要确定一个设防代表船型，目的是用于更详细的分析方法（如碰撞数值模拟分析）以评估桥梁或防撞结构抗船撞性能。22 23 6 船撞效应计算方法船撞效应计算方法 6.1 一般规

47、定一般规定 6.1.1 桥梁主体结构船撞效应宜采用质点碰撞方法、或强迫振动方法计算。当需要精确模拟船舶与桥梁相互作用过程，获得桥梁结构总体受力、局部受力及结构位移、内力的动态响应时，可采用数值模拟计算方法。条文说明条文说明 按照现行规范规定，船舶撞击力作用于桥墩上，桥梁结构的响应可采用等效静力方法计算确定，包括桥梁结构的内力、变形等。等效静力方法忽略了冲击动力效应，案例分析表明一些情况下会产生工程设计不可接受的误差。近年来，将撞击作用按照动力学的理论作用于桥梁结构上，并计算分析桥梁结构的动力响应发展比较迅速，已经成为桥梁结构撞击计算分析的主流方法，如强迫振动法、质点碰撞法。等效静力法计算精度不

48、高但方法简单，适合于桥梁设计的初步设计及以前的阶段。强迫振动方法和质点碰撞方法等可以提供更合理的船撞效应计算结果，适用于施工图设计、专题研究等工作。质点碰撞法可以降低因桥梁构件柔度引起的计算误差，因此，本规范推荐采用该方法。数值模拟计算方法是通过建立船舶和桥梁的有限元模型，动态模拟船撞桥的过程，能够精确模拟船舶与桥梁相互作用过程，近年来在实际工程中得到了广泛应用。6.1.2 船撞计算模型与方法的选取应满足桥梁抗船撞性能验算的要求。条文说明条文说明 复杂结构和复杂撞击过程的计算结果和计算模型、计算方法关系很大，不同的计算模型和方法又与设计人员的水平、能力以及计算时间、费用等有关，但总体而言，在计

49、算机技术比较发达的情况下，计算分析需以满足性能验算为目的。6.1.3 桥梁主体结构船撞效应计算应采用全桥结构分析模型，并考虑土-基础的相互作用。6.1.4 船舶撞击力的着力点应符合下列规定：1 轮船满载时，撞击力着力点应取船舶型深 2/3 处；轮船空载时，撞击力着24 力点应取船舶型深 1/2 处。2 驳船撞击力着力点应取船头 1/2 处；3 无需确定设防代表船型时，撞击力着力点可选在水面以上 2m 处。6.2 质点碰撞方法质点碰撞方法 6.2.1 采用质点碰撞方法时，桥梁的有限元模型应满足第 6.1.3 条的规定，船舶撞击作用采用质点弹簧模型，如图 6.2.1 所示。图图 6.2.1 质点碰

50、撞法动力计算模型质点碰撞法动力计算模型 6.2.2 采用质点碰撞方法时，船舶撞击力-撞深模型应按附录 D 的规定取值。6.2.3 采用质点碰撞计算方法时，结构的振型阻尼比应按表 6.2.3 取值。表 6.2.3 阻尼比取值 结构类型 焊接钢结构 栓接钢结构或钢管混凝土结构 钢筋（预应力）混凝土结构 阻尼比 1.5%3.0%5.0%6.3 强迫振动方法强迫振动方法 6.3.1 采用强迫振动方法时，桥梁的有限元模型应满足第 6.1.3 条的规定，船舶撞击作用采用强迫力模型，如图 6.3.1 所示。25 图图 6.3.1 强迫振动法动力计算模型强迫振动法动力计算模型 6.3.2 采用强迫振动方法时，