既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍本文件確立了既有橋梁防船撞性能評估與性能提升設(shè)計(jì)的基本規(guī)定、調(diào)查觀測、船撞作用、船撞分析與性能評估、防船撞性能提升設(shè)計(jì)及措施。本文件適用于跨越航道的既有公路橋梁結(jié)構(gòu)的防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)，包括以下情況的橋梁：航道等級提升、航道環(huán)境變化、抗撞設(shè)防要求提高的橋梁；需要改變使用用途或使用環(huán)境的橋梁；需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造或結(jié)構(gòu)加固的橋梁；其他需要進(jìn)行抗撞評估的橋梁。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB7727.1船舶通用術(shù)語第1部分：綜合GB7727.2船舶通用術(shù)語總體設(shè)計(jì)GB7727.3船舶通用術(shù)語性能GB7727.4船舶通用術(shù)語船體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及振動JT/T1414公路橋梁防船撞裝置通用技術(shù)條件JTG3362公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTG3363公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD60公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG/T2231-01公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范JTG/T3360-02—2020公路橋梁抗撞設(shè)計(jì)規(guī)范術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。橋梁

既有橋梁existingbridges除新建橋梁以外，現(xiàn)實(shí)存在且正在使用的橋梁結(jié)構(gòu)。

后續(xù)使用年限subsequentservicelife對既有橋梁經(jīng)評估及性能提升后，確定繼續(xù)使用的一個(gè)時(shí)期。在此期限內(nèi)，正常使用和維護(hù)的橋梁一般不需重新評估和相應(yīng)性能提升就能按預(yù)期目的使用、完成預(yù)定的功能。橋梁防船撞

防船撞性能評估performanceevaluationagainstvesselcollisions在調(diào)查既有橋梁的設(shè)計(jì)、施工和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，綜XX運(yùn)發(fā)展需求，按規(guī)定的防船撞設(shè)防要求，對既有橋梁在船撞作用下的性能評估。

防船撞性能提升performanceupgradeagainstvesselcollisions對既有橋梁采用合理措施，使其達(dá)到預(yù)期防船撞性能的目標(biāo)要求。

船撞作用vesselcollisionaction船撞荷載vesselcollisionloads船舶與橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的相互作用。

V1船撞作用vesselcollisionactionV1在第一水準(zhǔn)防船撞設(shè)計(jì)中采用的船撞作用。

V2船撞作用vesselcollisionactionV2在第二水準(zhǔn)防船撞設(shè)計(jì)中采用的船撞作用。

碰撞概率collisionprobability船舶偏航后與橋梁發(fā)生接觸-碰撞的概率。

碰撞超越概率collisionexceedanceprobability發(fā)生給定碰撞的概率，用于確定V1和V2船撞作用。

通航調(diào)查navigationsurvey對跨越航道的既有橋梁所開展的通航情況調(diào)查，包括資料調(diào)查和橋址通航觀測。

設(shè)防代表船舶designvessel開展橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)時(shí)，選定的代表性船舶。[來源：JTG/T3360-02—2020，2.1.3，有修改]

簡單航道simplewaterways橋址上下游5千米范圍內(nèi)航道順直、且可用直線近似描述的航道。

復(fù)雜航道complexwaterways需由兩根及以上直線構(gòu)成的折線來簡化形狀的航道。

水動力效應(yīng)hydrodynamiceffect船舶碰撞橋梁過程中水介質(zhì)影響的總稱。

附連水質(zhì)量addedmassofentrainedwater為了反映碰撞時(shí)水對船舶的影響，將水按照一定的規(guī)則簡化為附加在船舶上的等效質(zhì)量。[來源：JTG/T3360-02—2020，2.1.6]

附連水質(zhì)量系數(shù)coefficientforaddedmassofentrainedwater附連水質(zhì)量與船舶滿載排水量的比例系數(shù)。[來源：JTG/T3360-02—2020，2.1.7]

航跡線trackline通過船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）、船舶航行服務(wù)系統(tǒng)（VTS）獲得的船舶航行的平面航跡線。[來源：JTG/T3360-02—2020，2.1.8]

防撞措施protectionmeasures碰撞預(yù)警（助航措施、預(yù)警措施等）和結(jié)構(gòu)性防船撞設(shè)施等用于提升橋梁防撞性能的措施。

結(jié)構(gòu)性防船撞措施structuralprotectionmeasuresagainstvesselcollisions通過增加物理介質(zhì)來防止船舶碰撞橋梁或耗散船舶碰撞能量的防撞設(shè)施。

碰撞報(bào)警collisionwarning碰撞預(yù)警系統(tǒng)向船舶駕駛?cè)藛T發(fā)出需進(jìn)行緊急避撞提醒的信息。

預(yù)備碰撞報(bào)警preliminarycollisionwarning碰撞預(yù)警系統(tǒng)向船舶駕駛?cè)藛T發(fā)出告知前方存在橋梁的報(bào)警信息?；疽?guī)定一般規(guī)定既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮橋梁服役狀態(tài)、通航現(xiàn)狀與發(fā)展、水運(yùn)管理和公路管理等因素，合理確定既有橋梁的防船撞能力水平、防船撞性能提升措施等。后續(xù)使用年限應(yīng)按下列規(guī)定確定：正在使用且未超過設(shè)計(jì)使用年限的橋梁，通過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期減去已使用年限確定后續(xù)使用年限；超過設(shè)計(jì)使用年限，經(jīng)過評估仍然可以使用的橋梁，根據(jù)最新評估確定后續(xù)使用年限。既有橋梁應(yīng)根據(jù)本文件進(jìn)行防船撞性能評估，當(dāng)不滿足本文件規(guī)定時(shí)應(yīng)進(jìn)行防船撞性能提升設(shè)計(jì)。既有橋梁防船撞性能提升設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)防船撞性能評估結(jié)論確定其內(nèi)容和范圍，且應(yīng)符合安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的基本原則。既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)宜采用基于動力分析的設(shè)計(jì)方法。有特殊使用要求的橋梁，其防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)應(yīng)通過專門研究確定。既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)，除應(yīng)符合本文件的規(guī)定外，尚應(yīng)符合國家與行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。設(shè)計(jì)目標(biāo)及性能要求既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)中的設(shè)防等級應(yīng)按表1確定。對于經(jīng)濟(jì)、國防、防災(zāi)減災(zāi)等方面具有重要意義的橋梁，應(yīng)按A類橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。既有橋梁防船撞設(shè)防等級航道等級公路等級高速一級二級三級四級IAAAAAIIAAAABIIIAAABBIV級及以下AABBC既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)碰撞超越概率考慮V1船撞作用和V2船撞作用兩個(gè)作用水準(zhǔn)。既有橋梁應(yīng)采用兩水準(zhǔn)防船撞設(shè)防。在V1船撞作用和V2船撞作用下，既有橋梁防船撞性能目標(biāo)應(yīng)符合表2的要求。既有橋梁防船撞性能目標(biāo)橋梁船撞設(shè)防等級設(shè)防目標(biāo)V1船撞作用V2船撞作用撞后使用要求損傷狀態(tài)撞后使用要求損傷狀態(tài)A類可正常使用結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)在彈性范圍，基本無損傷不需修復(fù)或經(jīng)簡單修復(fù)可正常使用可發(fā)生局部輕微損傷B類可正常使用結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)在彈性范圍，基本無損傷經(jīng)臨時(shí)加固后可供維持應(yīng)急交通使用不致倒塌或產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷C類可正常使用結(jié)構(gòu)總體反應(yīng)在彈性范圍，基本無損傷無要求不致倒塌船撞作用基本要求船撞作用應(yīng)根據(jù)橋梁防船撞重要性系數(shù)、設(shè)防代表船舶與船舶撞擊速度，按照第6章規(guī)定的方法確定。各類橋梁防船撞重要性系數(shù)（IC）可由表3確定。橋梁防船撞重要性系數(shù)設(shè)防等級V1船撞作用V2船撞作用A類1.01.0B類0.81.0C類0.50.5A類橋梁V1船撞作用與V2船撞作用對應(yīng)的碰撞超越概率PC-A可按表4確定。B類、C類橋梁的碰撞超越概率PC可根據(jù)A類橋梁碰撞超越概率與防船撞重要性數(shù)，由式（1）計(jì)算確定。 （AUTONUM）式中：PC——橋梁的碰撞超越概率；PC-A——A類橋梁的碰撞超越概率；IC——各類橋梁防船撞重要性系數(shù)。船撞作用碰撞超越概率設(shè)防等級V1船撞作用V2船撞作用A類2×10-35×10-4作用組合船撞作用與其他作用的組合應(yīng)符合JTGD60的偶然組合規(guī)定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)船撞作用與可變作用組合時(shí)，所施加的可變作用應(yīng)對橋梁抗撞性能影響是不利的；應(yīng)調(diào)查既有橋梁沖刷情況，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果考慮沖刷作用與船撞作用組合；無調(diào)查數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將最大沖刷的一半與船撞作用進(jìn)行組合。組合系數(shù)按JTGD60相關(guān)規(guī)定確定；當(dāng)有特殊規(guī)定時(shí)，組合系數(shù)應(yīng)按相關(guān)規(guī)定取值。評估方法與流程既有橋梁防船撞性能評估分為初步評估和詳細(xì)評估。在調(diào)查既有橋梁狀況、通航狀況與發(fā)展等情況基礎(chǔ)上，初步評估宜以定性的碰撞可能性分析為主，明確碰撞的可能區(qū)域與位置等。碰撞可能性分析可通過分析船舶、航道與橋梁等幾何關(guān)系，繪制碰撞的可能區(qū)域與位置圖，進(jìn)行橋梁船撞定性評判。詳細(xì)評估應(yīng)根據(jù)船撞作用下橋梁各構(gòu)件的抗撞能力與防撞需求之比進(jìn)行評估。能力與需求之比大于或等于1.0，表明該構(gòu)件滿足防船撞性能要求；小于1.0，則該構(gòu)件抗撞能力不足。V1船撞作用下，宜采用線彈性模型進(jìn)行詳細(xì)評估計(jì)算。V2船撞作用下，A類橋梁宜采用線彈性模型詳細(xì)評估計(jì)算，B類、C類橋梁宜根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用非線性模型詳細(xì)評估計(jì)算。既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)可按圖1所示流程進(jìn)行。既有橋梁防船撞性能評估與提升設(shè)計(jì)流程調(diào)查觀測通航調(diào)查通航調(diào)查內(nèi)容宜包括下列內(nèi)容：橋梁建設(shè)時(shí)的航道通航條件影響評價(jià)等相關(guān)資料；自橋梁建成至開展評估時(shí)，橋區(qū)通航等級、航道及助航設(shè)施布置與管理情況；自橋梁建成至開展評估時(shí)，不同水位時(shí)橋區(qū)通航船舶類型、船舶噸位、上下行數(shù)量與船舶速度；自橋梁建成至開展評估時(shí)，橋區(qū)發(fā)生船-船碰撞、船-橋碰撞、船舶擱淺與非船只漂浮物撞擊等各類事故情況；橋梁后續(xù)使用年限內(nèi)，航道與通航船舶的規(guī)劃與發(fā)展趨勢。通航調(diào)查宜橋區(qū)水運(yùn)主管部門長期監(jiān)測的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)的觀測站（如船閘），不宜超過橋位上下游50千米。缺乏通航調(diào)查數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)在既有橋梁防船撞評估分析之前按附錄A進(jìn)行橋址通航觀測。通航觀測點(diǎn)宜設(shè)置在所需要評估的既有橋梁結(jié)構(gòu)上。XX省內(nèi)河各噸位船舶船型尺寸及航行速度可根據(jù)表5確定。XX省內(nèi)河推薦船型尺度表船型噸級總長m型寬m滿載吃水m航速km/h散雜貨船500噸級67.510.81.6121000噸級8510.82.0132000噸級9014.82.613.53000噸級9516.23.2145000噸級11019.24.016集裝箱船80標(biāo)箱6311.62.616150標(biāo)箱8813.83.516200標(biāo)箱8815.03.516270標(biāo)箱10516.23.616300標(biāo)箱11016.34.216350標(biāo)箱13016.34.316液體散貨船500噸級509.42.0121000噸級6611.82.4132000噸級8513.82.813.53000噸級8816.33.514汽車滾裝船300車位8816.32.222500車位11016.32.622800車位11016.63.222運(yùn)砂船500噸級6010.81.812800噸級6310.82.2131000噸級7012.82.5132000噸級8313.62.913.53000噸級9216.23.414客渡船30客位13.53.20.553050客位203.00.630100客位305.50.930200客位47.512.21.6230橋梁調(diào)查橋梁調(diào)查內(nèi)容宜包括下列內(nèi)容：橋梁的地質(zhì)報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書、竣工圖紙和工程驗(yàn)收文件等基礎(chǔ)資料；地質(zhì)條件、橋梁上部、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙資料不全時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充勘查和實(shí)測；現(xiàn)狀調(diào)查橋梁基礎(chǔ)資料與現(xiàn)行狀況符合程度和維護(hù)狀況，評估對抗撞不利的因素（如橋梁沖刷、銹蝕等耐久性問題）；橋梁建設(shè)時(shí)防船撞專題研究報(bào)告，并評估實(shí)施情況；橋梁已實(shí)施防船撞措施的橋梁的運(yùn)行情況及現(xiàn)狀，與航道現(xiàn)狀及規(guī)劃的適應(yīng)性、現(xiàn)狀與基礎(chǔ)資料符合程度和維護(hù)狀況；橋址上下游臨近橋梁防船撞設(shè)計(jì)及措施實(shí)施情況與現(xiàn)狀。橋梁調(diào)查可通過橋梁設(shè)計(jì)、建造及維護(hù)等相關(guān)單位技術(shù)檔案獲取，現(xiàn)狀調(diào)查宜有橋梁現(xiàn)場調(diào)查環(huán)節(jié)。船撞作用一般規(guī)定確定船撞作用過程中，應(yīng)全面考慮各種碰撞情形，包括：正撞（圖2a）、斜撞（圖2b）、側(cè)撞（圖2c）及撞擊上部結(jié)構(gòu)（圖2d）。正撞為典型碰撞情形，斜撞、側(cè)撞及撞擊上部結(jié)構(gòu)宜視為復(fù)雜碰撞情形。碰撞情形設(shè)防代表船舶設(shè)防代表船舶分為駁船（第一類船舶，圖3）和輪船（第二類船舶，見圖4）。橋區(qū)通航船舶中，若兩類船舶都有通行，應(yīng)分別給出兩類設(shè)防代表船舶，用于確定船撞作用。駁船（第一類船舶）示意圖輪船（第二類船舶）示意圖開展了航道通航條件影響評價(jià)且規(guī)定了設(shè)防代表船舶的橋梁，可采用航道通航條件影響評價(jià)規(guī)定的船舶確定船撞作用。否則，可采用基于碰撞超越概率的方法確定設(shè)防代表船舶。采用基于碰撞超越概率確定設(shè)防代表船舶時(shí)，船舶碰撞橋梁的累積年碰撞概率與該類橋梁允許的碰撞超越概率相等時(shí)所對應(yīng)的船舶即為設(shè)防代表船舶。當(dāng)?shù)谝活惔盀樵O(shè)防代表船舶時(shí)，第二類船舶按照就高臨近原則選??；當(dāng)?shù)诙惔盀樵O(shè)防代表船舶時(shí)，第一類船舶按照就高臨近原則選取。船舶碰撞橋梁的累積概率系指從高噸位向低噸位累加船舶碰撞橋梁概率。就高臨近原則系指：當(dāng)根據(jù)碰撞概率確定的設(shè)防代表船舶為第一類船舶時(shí)，則由該第一類船舶噸位排序往上就近確定第二類船舶的設(shè)計(jì)代表船舶；如不存在，則根據(jù)該第一類船舶噸位排序往下將最大噸位的第二類船舶作為其設(shè)計(jì)代表船舶。當(dāng)根據(jù)碰撞概率確定的設(shè)防代表船舶為第二類船舶時(shí)，則由該第二類船舶噸位排序往上就近確定第一類船舶的設(shè)計(jì)代表船舶；如不存在，則根據(jù)第二類船舶噸位排序往下將最大噸位的第一類船舶作為其設(shè)計(jì)代表船舶。船舶碰撞橋梁概率可按附錄B方法確定。既有橋梁已采用防船撞措施時(shí)，可對碰撞概率進(jìn)行折減：當(dāng)采用完善可靠的防船撞預(yù)警管理措施時(shí)，可按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定折減系數(shù)（PF）；無具體數(shù)據(jù)時(shí)，折減系數(shù)（PF）可取0.7；當(dāng)采用附著于橋梁的結(jié)構(gòu)性防船撞措施時(shí)，不應(yīng)考慮其對碰撞概率的折減，且需要以其外輪廓進(jìn)行碰撞概率計(jì)算；當(dāng)采用分離式的結(jié)構(gòu)性防船撞措施時(shí)，折減系數(shù)（PF）可按式（2）～（3）計(jì)算。 （AUTONUM） （AUTONUM）式中：PF——折減系數(shù)；——船舶偏航角概率密度函數(shù)；——遮蔽角度，見圖5（a）；——標(biāo)準(zhǔn)差，按照圖5，。分離式（獨(dú)立式）防撞裝置對碰撞概率的影響碰撞情形應(yīng)根據(jù)碰撞可達(dá)性分析，綜合各碰撞速度水平、碰撞高度、碰撞類型（正撞、斜撞、側(cè)撞）等因素，確定多個(gè)碰撞分析工況。碰撞速度水平應(yīng)在最大碰撞速度范圍內(nèi)，以0.4m/s為增量確定多個(gè)碰撞速度。橋區(qū)上游5千米范圍內(nèi)存在錨地或港口時(shí)，應(yīng)考慮船舶走錨碰撞情形，設(shè)計(jì)代表船舶宜為錨地或港口停靠最大噸位船舶。當(dāng)船舶滿足近端點(diǎn)碰撞橋梁墩柱時(shí)（例如：撞擊位置距墩底的高度與橋墩截面高度的比值為1.5左右），應(yīng)重點(diǎn)分析評估。撞擊速度船舶航行速度宜根據(jù)橋區(qū)水域的實(shí)測數(shù)據(jù)或可靠的模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，船舶航行速度可按表5確定。船舶最大設(shè)計(jì)撞擊速度V可按照圖6所示方法確定。船舶撞擊速度分布圖圖中：——設(shè)計(jì)撞擊速度；——航道內(nèi)設(shè)防代表船舶的通航速度；——最小設(shè)計(jì)撞擊速度（即橋區(qū)最大水流速度）；——橋墩中心線至航道中心線的距離；——航道中心線距航道邊緣的距離；——離船舶航道中心線3×LOA的距離（LOA為設(shè)防代表船舶船長）。船舶走錨碰撞情形，最大撞擊速度可按橋區(qū)最大水流速度取值。船撞荷載船撞荷載宜根據(jù)確定的設(shè)防代表船型、碰撞速度及碰撞情形，采用給定初始條件的精細(xì)船-橋碰撞有限元模擬確定，進(jìn)行船舶碰撞模型分析之前應(yīng)驗(yàn)證。無條件開展精細(xì)船舶碰撞分析時(shí)，對于第一類船舶（駁船），可采用附錄C提供的時(shí)程荷載來代表船撞荷載或附錄D提供的簡化撞擊力-撞深曲線。無條件開展精細(xì)船舶碰撞分析時(shí)，對于第二類船舶（輪船），可采用JTG/T3360-02—2020提供的簡化撞擊力-撞深曲線或時(shí)程荷載來代表船撞荷載。船撞分析與性能評估一般規(guī)定橋梁船撞響應(yīng)應(yīng)采用有限元模型計(jì)算與分析，有條件情況下可開展試驗(yàn)驗(yàn)證。橋梁船撞響應(yīng)分析時(shí)應(yīng)根據(jù)橋梁現(xiàn)狀檢測報(bào)告，考慮結(jié)構(gòu)病害影響、材料劣化、新舊材料的結(jié)合性能及材料差異。船撞分析對于復(fù)雜碰撞情形或A類橋梁，宜采用精細(xì)的非線性接觸-碰撞有限元方法進(jìn)行橋梁船撞響應(yīng)分析（附錄E）；對于B類、C類橋梁且簡單碰撞情形，可采用基于宏觀單元的相互作用模型法（附錄D）和船撞時(shí)程荷載法（附錄C）進(jìn)行橋梁船撞響應(yīng)分析。性能評估A類橋梁V1、V2船撞作用效應(yīng)和其他作用組合后，B類、C類橋梁V1船撞作用效應(yīng)和其他作用組合后，應(yīng)按JTG3362驗(yàn)算構(gòu)件的強(qiáng)度。B、C類橋梁V2船撞作用效應(yīng)和其他作用效應(yīng)組合后，斜截面抗剪強(qiáng)度應(yīng)按式（4）計(jì)算： （AUTONUM）式中：——鋼筋混凝土構(gòu)件斜截面抗剪強(qiáng)度，單位為牛（N）；——位移延性相關(guān)的系數(shù)。當(dāng)位移延性小于2時(shí)，；當(dāng)位移延性大于等于6時(shí)，；當(dāng)位移延性在2~6之間時(shí)，的取值通過線性插值確定；——混凝土抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；——截面有效高度，取最外側(cè)受拉鋼筋至受壓邊緣的距離，單位為毫米（mm），見圖7；——剪跨比，取值在2~4之間；當(dāng)小于2時(shí)，取2；大于4時(shí)，取4；——全截面面積，單位為平方毫米（mm2）；——軸力，單位為牛（N）；——受剪方向的箍筋面積，單位為平方毫米（mm2）；——箍筋屈服強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；——箍筋間距，單位為毫米（mm）。截面有效高度計(jì)算方法B類、C類橋梁V2船撞作用效應(yīng)和其他作用效應(yīng)組合后，應(yīng)檢驗(yàn)撞擊位置處、墩頂和墩底塑性鉸區(qū)以及橋墩截面突變處的彎曲變形，彎曲變形通過截面轉(zhuǎn)角來衡量。構(gòu)件的彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系可簡化為理想彈塑性模型，見圖8，θu為屈服轉(zhuǎn)角和極限轉(zhuǎn)角，My為屈服彎矩。鋼筋混凝土構(gòu)件彎曲損傷等級分為4個(gè)等級，各個(gè)等級的撞角閾值可按式（5）～（7）確定。 （AUTONUM） （AUTONUM） （AUTONUM）式中：——彎曲損傷等級閾值，單位為弧度（rad）；——屈服轉(zhuǎn)角，單位為弧度（rad）；——構(gòu)件損傷等級系數(shù)，按表6選取；——塑性轉(zhuǎn)角，單位為弧度（rad）；——安全系數(shù)，可取1.5；——截面屈服曲率，單位為負(fù)一次方米（m-1）；——截面極限曲率，單位為負(fù)一次方米（m-1）；——塑性鉸長度，單位為米（m）；d——橋墩截面高度，單位為米（m）。鋼筋混凝土構(gòu)件彎曲損傷檢驗(yàn)鋼筋混凝土柱式構(gòu)件的損傷等級系數(shù)構(gòu)件損傷等級Din取值損傷描述DL10鋼筋發(fā)生屈服DL20.4保護(hù)層發(fā)生剝落，彎曲變形能力富余60%DL30.6彎曲變形能力剩余40%DL41橋墩核心區(qū)混凝土壓碎，橋墩面臨倒塌A類橋梁采用板式橡膠支座時(shí)，應(yīng)進(jìn)行以下驗(yàn)算：支座厚度應(yīng)按（8）～（9）驗(yàn)算。 （AUTONUM） （AUTONUM）式中：——橡膠層的總厚度，單位為米（m）；——橡膠片剪切角正切值，??；——船撞作用下產(chǎn)生的支座水平位移、永久作用效應(yīng)以及均勻溫度作用效應(yīng)組合后的橡膠支座水平位移，單位為米（m）；——船撞作用下產(chǎn)生的支座水平位移，單位為米（m）；——永久作用產(chǎn)生的橡膠支座的水平位移，單位為米（m）；——均勻溫度作用引起的橡膠支座的水平位移，單位為米（m）。支座抗滑穩(wěn)定性應(yīng)按（10）～（11）驗(yàn)算 （AUTONUM） （AUTONUM）式中：——支座的動摩阻系數(shù)，橡膠支座與混凝土表面的動摩阻系數(shù)采用0.25；與鋼板的動摩阻系數(shù)采用0.20；——船撞作用下的支座水平設(shè)計(jì)力、永久作用效應(yīng)以及均勻溫度作用效應(yīng)組合后橡膠支座所受水平力，單位為千牛（kN）；——船撞作用下計(jì)算的支座水平設(shè)計(jì)力，單位為千牛（kN）；——永久作用產(chǎn)生的橡膠支座的水平力，單位為千牛（kN）；——均勻溫度作用引起的橡膠支座的水平力，單位為千牛（kN）。A類橋梁采用盆式支座和球型支座時(shí)，應(yīng)進(jìn)行以下驗(yàn)算：活動支座應(yīng)按（12）～（13）驗(yàn)算。 （AUTONUM） （AUTONUM）式中：固定支座應(yīng)按（14）～（15）驗(yàn)算。 （AUTONUM） （AUTONUM）式中：——V2船撞作用效應(yīng)、永久作用效應(yīng)以及均勻溫度作用組合后得到的活動支座滑動水平位移，單位為米（m）；——活動支座容許滑動水平位移，單位為米（m）；——船撞作用下支座水平設(shè)計(jì)力、永久作用效應(yīng)以及均勻溫度作用效應(yīng)組合后橡膠支座所受水平力，單位為千牛（kN）；——固定支座容許承受的水平力，單位為千牛（kN）。B類、C類橋梁在V2船撞作用時(shí)，支座可發(fā)生破壞，支座位移不應(yīng)超過橋墩的支撐長度。防船撞性能提升設(shè)計(jì)及措施一般規(guī)定不滿足防船撞性能要求的橋梁，應(yīng)根據(jù)不滿足要求的程度、部位、對結(jié)構(gòu)整體防船撞性能影響的大小，以及有關(guān)的非抗撞缺陷等實(shí)際情況，結(jié)合使用要求、規(guī)劃和性能提升難易等因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出相應(yīng)的防船撞性能提升對策與措施。對超過本文件規(guī)定的現(xiàn)有橋梁，優(yōu)秀歷史橋梁以及特種橋梁等，防船撞性能提升設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)論證。對于通航凈空不足（或者船舶超高等）導(dǎo)致的船舶與橋梁上部結(jié)構(gòu)碰撞情形，防船撞性能提升設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)論證。橋梁防船撞性能提升宜不損傷原結(jié)構(gòu)，不應(yīng)形成新的結(jié)構(gòu)損傷或病害。防船撞性能提升措施設(shè)計(jì)、實(shí)施時(shí)，應(yīng)采取可靠措施避免結(jié)構(gòu)或構(gòu)件傾斜失穩(wěn)倒塌?；驹瓌t與設(shè)計(jì)程序防撞性能提升設(shè)計(jì)應(yīng)使橋梁主體結(jié)構(gòu)承受的船撞效應(yīng)下降到主體結(jié)構(gòu)自身可接受的水平。防撞性能提升設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行各施工階段構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算。防撞性能提升后的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算應(yīng)考慮附加荷載（溫度變化、混凝土收縮及徐變、安裝應(yīng)力等）的影響。碰撞預(yù)警措施當(dāng)既有橋梁不能滿足航道等級凈空尺度要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置船舶碰撞預(yù)警系統(tǒng)。當(dāng)既有橋梁滿足航道等級凈空尺度要求時(shí)，宜設(shè)置船舶碰撞預(yù)警系統(tǒng)。船舶碰撞預(yù)警系統(tǒng)功能宜包括：檢測到船舶的存在；確定探測到的船舶相對于橋梁的相對位置及位置的動態(tài)特性（包括探測到的船舶相對于橋梁偏航及超高碰撞風(fēng)險(xiǎn)）；確定船舶的航行速度；記錄船舶的運(yùn)動軌跡；根據(jù)碰撞預(yù)警系統(tǒng)的功能及要求向船舶駕駛?cè)藛T發(fā)出報(bào)警。船舶碰撞預(yù)警系統(tǒng)功能可通過控制器對以下數(shù)據(jù)的判斷來實(shí)現(xiàn)：船舶與橋梁的相對距離；橋梁是否位于船舶的前方運(yùn)動軌跡上；船舶與橋梁梁底的相對高度。碰撞預(yù)警系統(tǒng)的工作原理碰撞預(yù)警系統(tǒng)宜提供兩種不同報(bào)警內(nèi)容：預(yù)備碰撞報(bào)警及碰撞報(bào)警。預(yù)備碰撞報(bào)警用于告知船舶駕駛?cè)藛T前方存在橋梁，應(yīng)準(zhǔn)備采取措施避免碰撞。碰撞報(bào)警告用于知船舶駕駛?cè)藛T應(yīng)采取措施避免碰撞。報(bào)警方式可單獨(dú)使用聽覺或綜合使用聽覺、視覺。碰撞預(yù)警系統(tǒng)宜半年進(jìn)行一次系統(tǒng)測試。結(jié)構(gòu)性防船撞措施設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性防船撞措施時(shí)，應(yīng)在綜合防撞要求、設(shè)防等級、航道與水文地質(zhì)情況基礎(chǔ)上，開展詳細(xì)數(shù)值計(jì)算分析，可進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性防船撞措施時(shí)除了考慮其碰撞耗能等性能外，還應(yīng)充分考慮其長期服役性能。對于結(jié)構(gòu)性防船撞措施中的主要構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的材料性能試驗(yàn)。對于A類橋梁且具有高船撞風(fēng)險(xiǎn)的橋梁，可采用完全阻斷船撞風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)性防船撞措施。用于結(jié)構(gòu)性防船撞措施性能評價(jià)的沖擊模型試驗(yàn)應(yīng)符合附錄F的規(guī)定。用于結(jié)構(gòu)性防船撞措施性能評價(jià)的數(shù)值分析方法應(yīng)符合附錄G的規(guī)定。

（規(guī)范性）

橋址通航觀測基本要求一般原則對于重要橋梁，當(dāng)橋址缺乏可利用的通航記錄時(shí)，宜通過在橋址處建立觀測站獲取通航參數(shù)。觀測期應(yīng)采取必要的措施保障儀器設(shè)備正常工作。觀察設(shè)備的布設(shè)應(yīng)避免結(jié)構(gòu)物的干擾影響。通航觀測周期、測點(diǎn)、測試內(nèi)容既有橋梁通航觀測周期不宜小于一年。通航觀測點(diǎn)至少沿船舶上行與下行設(shè)置兩個(gè)。通航觀測內(nèi)容應(yīng)包括：上下行船舶數(shù)量、船舶噸位、船舶航跡線、船舶速度、水流速度、天氣情況，以及其他與船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的參數(shù)。通航觀測可通過調(diào)取航道管理部門的數(shù)據(jù)（包括船閘通航、VTS等數(shù)據(jù)），獲取通航船舶信息。通航觀測數(shù)據(jù)分析通航觀測數(shù)據(jù)有效率不宜小于95%，資料完整率不宜小于98%；在出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失時(shí)，宜通過同時(shí)段其他觀測設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)性分析后進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)修正。通航觀測數(shù)據(jù)分析應(yīng)主要包括：船型、船舶噸位、上下行船舶數(shù)量、船舶航跡線、船舶速度、水流速度，并以最大通航量條件下統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果作為設(shè)計(jì)參數(shù)取用。

（規(guī)范性）

船橋碰撞概率計(jì)算方法簡單航道簡單航道時(shí)，碰撞概率可根據(jù)式（B.1）～（B.3）計(jì)算。 （B.1） （B.2） （B.3）式中：——船橋碰撞概率；——船舶分類數(shù)目，分類依據(jù)為船舶類型、尺寸和裝載情況；——每種船舶類型的年通航量；——船舶的偏航概率；——船橋碰撞的幾何概率，的計(jì)算見圖B.1，假設(shè)船舶的航線服從正態(tài)分布，航道中心線為該正態(tài)分布的均值位置，以船長LOA為標(biāo)準(zhǔn)差，圖B.1中的陰影部分面積即為；——折減系數(shù)，若無任何潛在保護(hù)（例如有利地形、防撞設(shè)施），則PF=1；——偏航基準(zhǔn)概率，對于輪船，取0.6×10-4；對于駁船，取1.2×10-4；——橋位修正系數(shù)，當(dāng)橋區(qū)位于航道的直線區(qū)域時(shí)，；當(dāng)橋區(qū)位于航道過渡區(qū)時(shí)，；當(dāng)橋區(qū)位于航道彎曲區(qū)域時(shí)，，為航道方向的轉(zhuǎn)角；——平行水流修正系數(shù)，，為平行于航線方向的水流流速，單位為千米每小時(shí)（km/h）；——橫流修正系數(shù)，，為垂直于航線方向的水流流速，單位為千米每小時(shí)（km/h）；——船舶交通密度修正系數(shù)，低密度時(shí)；平均密度時(shí)；XX度時(shí)；——防撞保護(hù)因子，取值范圍為0～100。無具體數(shù)據(jù)時(shí)，保護(hù)因子可根據(jù)推算確定。幾何碰撞概率的計(jì)算復(fù)雜航道復(fù)雜航道時(shí)，碰撞概率可根據(jù)JTG/T3360-02—2020中衍生出的方法計(jì)算。計(jì)算公式復(fù)雜航道時(shí)，碰撞概率可按式（B.4）～（B.10）計(jì)算。 （B.4） （B.5） （B.6） （B.7） （B.8） （B.9） （B.10）式中：——碰撞概率；——航道總數(shù)目；——船舶噸位劃分?jǐn)?shù)目；——第i個(gè)航道中，船舶噸位為的船舶年通航量；——第i個(gè)航道中，船舶噸位為的船舶對某橋梁構(gòu)件的碰撞概率；——水位劃分個(gè)數(shù)，水位影響船舶的可達(dá)性以及碰撞幾何概率；——離散水位點(diǎn)；——第i個(gè)航道包含的折段數(shù)；——水位h下，第i個(gè)航道的第l個(gè)折段里，船舶噸位為的船舶對某橋梁構(gòu)件的碰撞概率；——水位概率密度分布函數(shù)；——船舶單位航程失效強(qiáng)度，該系數(shù)用于表征單位航程內(nèi)船舶的事故發(fā)生率，一般需借助船舶事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定；——第l個(gè)折段的航道面域；——船舶噸位為wj的船舶在第i個(gè)航道，第l個(gè)折段內(nèi)橫向位置概率密度函數(shù)；——水位h下噸位為wj的船舶在航道內(nèi)點(diǎn)（x，y）處失效后撞擊橋墩的碰撞概率；、——噸位為wj的船舶在航道中的點(diǎn)（x，y）處撞擊橋墩的偏航角下限和上限；——噸位為的船舶偏航角的概率密度函數(shù)；——船舶在航道中的點(diǎn)（x，y）處以偏航角θ誤航后未得到有效制止的概率，該概率表示船舶偏航時(shí)，船舶與某橋墩構(gòu)件的距離小于所需停船距離的概率；——余誤差函數(shù)；——船舶以偏航角θ發(fā)生偏航時(shí)，船舶與某橋梁構(gòu)件之間的距離；，——停船距離s的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。假設(shè)聲明多折線航道模型復(fù)雜航道時(shí)，可近似采用多折線航道模型描述航道形狀（見圖B.2），應(yīng)采用整體坐標(biāo)系O-X-Y描述航道位置、河床地形以及橋墩位置等，并建立若干局部坐標(biāo)系。多折線航道模型分布假設(shè)計(jì)算復(fù)雜航道碰撞概率時(shí)，應(yīng)確定偏航船舶航跡、偏航角、水位和停船距離的分布假設(shè)。在缺乏相關(guān)資料的情況下，可采用圖B.3、圖B.4、圖B.5和圖B.6所示的概率密度函數(shù)描述。偏航船舶航跡橫向分布偏航船舶偏航角分布橋區(qū)水位分布停船距離分布分布函數(shù)應(yīng)考慮其自變量范圍的有界性。船舶橫向分布、偏航角分布和水位分布的原始概率密度函數(shù)的定義域一側(cè)或兩側(cè)無界時(shí)，應(yīng)按以下式（B.11）～（B.14）進(jìn)行修正。 （B.11） （B.12） （B.13） （B.14）式中：——修正后的概率密度函數(shù)；——原始概率密度函數(shù)；——在[x1，x0]區(qū)間的修正函數(shù)；——在[x0，x2]區(qū)間的修正函數(shù)；——修正后的概率密度函數(shù)最大值；、——上下界的概率密度值，可通過隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得；若無相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可取0；——f（x）取最大值的坐標(biāo)點(diǎn)；、——p（x）定義域的下界和上界。

（規(guī)范性）

船撞時(shí)程荷載法時(shí)程荷載模型駁船撞擊時(shí)，時(shí)程荷載模型應(yīng)按以下步驟確定：采用三線性駁船撞擊力-撞深模型（即Pd-a曲線），見圖C.1，模型參數(shù)按附錄D中的規(guī)定計(jì)算。駁船撞擊力-撞深曲線根據(jù)撞深范圍可將船-橋碰撞過程分為3個(gè)加載階段和卸載階段。加載階段包括：階段Ⅰ（0<a<a1）、階段Ⅱ（a1<a<a2）和階段Ⅲ（a2<a<amax）。每個(gè)階段的持時(shí)可按式（C.1）～（C.11）計(jì)算。 （C.1） （C.2） （C.3） （C.4） （C.5） （C.6） （C.7） （C.8） （C.9） （C.10） （C.11）式中：——階段Ⅰ的持時(shí)，單位為秒（s）；——階段Ⅰ中船-橋串聯(lián)體系圓頻率，單位為弧度每秒（rad/s）；——階段Ⅰ結(jié)束時(shí)的撞深，單位為米（m）；——船舶的撞擊速度，單位為米每秒（m/s）；——階段Ⅰ的船首剛度；——橋梁結(jié)構(gòu)的初始剛度；——船船質(zhì)量；——階段Ⅱ的持時(shí)，單位為秒（s）；——階段Ⅱ的船首剛度；——階段Ⅱ中船-橋串聯(lián)體系圓頻率，單位為弧度每秒（rad/s）；——階段Ⅲ的平臺撞擊力；——階段Ⅲ的持時(shí)，單位為秒（s）；——階段Ⅱ結(jié)束時(shí)船舶速度的增量，單位為米每秒（m/s）；——加載階段總持時(shí)，單位為秒（s）；——卸載階段持時(shí)，單位為秒（s）；——卸載階段的船首剛度。計(jì)算完各個(gè)階段的持時(shí)后，可按式（C.12）～（C.17）計(jì)算撞深時(shí)程曲線（即a-t曲線）。 （C.12） （C.13） （C.14） （C.15） （C.16） （C.17）式中：——階段Ⅰ的船舶撞深時(shí)程，單位為米（m）；——階段Ⅱ的船舶撞深時(shí)程，單位為米（m）；——階段Ⅰ結(jié)束時(shí)船舶的位移，單位為米（m）；——階段Ⅱ中，時(shí)間增量時(shí)，船舶的位移增量，單位為米（m）；——階段Ⅱ結(jié)束時(shí)，船舶的位移增量，單位為米（m），可通過將代入式（C.15）得到；——階段Ⅲ的船舶撞深時(shí)程，單位為米（m）；——階段Ⅲ中，時(shí)間增量為時(shí)，船舶的位移增量，單位為米（m）。加載階段的撞擊力時(shí)程（即Pd-t曲線），可由Pd-a曲線和a-t曲線消除中間變量撞深（a）得到。卸載階段的Pd-t曲線可按式（C.18）和式（C.19）確定。 （C.18） （C.19）式中：——卸載階段的船舶撞深時(shí)程，單位為米（m）；——卸載階段圓頻率，單位為弧度每秒（rad/s）。輪船撞擊時(shí)，船舶撞擊時(shí)程荷載模型見圖C.2，該模型參數(shù)應(yīng)按式（C.20）～（C.28）計(jì)算： （C.20） （C.21） （C.22） （C.23） （C.24） （C.25） （C.26） （C.27） （C.28）式中：——船撞力時(shí)間過程，單位為兆牛（MN）；——初始動量，單位為兆牛秒（MN·s）；——撞擊力持續(xù)時(shí)間，單位為秒（s）；——無量綱撞擊力-時(shí)間參數(shù)；——滿載排水量，單位為噸（t）；——撞擊速度，單位為米每秒（m/s）；——常系數(shù)，按表C.1取值；——無量綱撞擊力時(shí)刻，τ=t/T，t為撞擊力時(shí)刻，單位為秒（s）；，——統(tǒng)計(jì)量參數(shù)，按表C.1規(guī)定取值，當(dāng)船舶等級介于表列數(shù)據(jù)之間時(shí)，應(yīng)先將等級換算成對應(yīng)的質(zhì)量，再利用表格中的質(zhì)量關(guān)系線性內(nèi)插確定。船撞時(shí)程荷載模型輪船撞擊力-時(shí)間的相關(guān)參數(shù)船舶等級（DWT）5007970.600.5220.649100012100.760.5080.632300051180.940.4960.625500067100.750.5110.64110000167001.330.5060.62512000185421.560.5190.62830000430282.410.5010.60450000620002.320.5200.632橋梁結(jié)構(gòu)模型橋梁結(jié)構(gòu)的建模要求宜滿足D.2中的規(guī)定。

（規(guī)范性）

基于宏觀單元的相互作用模型法船舶模型采用基于宏觀單元的相互作用模型法時(shí)，船舶可簡化為一個(gè)集中質(zhì)量點(diǎn)，船舶節(jié)點(diǎn)與被撞點(diǎn)之間通過僅受壓宏觀單元連接，宏觀單元的力學(xué)性能可按D.1.1和確定。宏觀單元參數(shù)計(jì)算：駁船撞擊對于正撞和斜撞情形，當(dāng)駁船撞擊矩形橋墩時(shí)，應(yīng)采用圖D.1（a）所示的撞擊力-撞深模型；當(dāng)駁船撞擊圓形橋墩時(shí)，圖D.1中的兩種撞擊力-撞深模型均可使用。表D.1和表D.2給出了撞擊力-撞深模型參數(shù)取值規(guī)則。a）類型Ⅰ：三線性模型b）類型Ⅱ：四線性模型兩類駁船船首的動力撞擊力-撞深模型駁船撞擊矩形橋墩的Pd-a曲線參數(shù)計(jì)算參數(shù)取值與計(jì)算船首正常壓縮（V>Vcs）船首發(fā)生翹曲（V<Vcs）aI-10.012mPI-1式（D.1）和式（D.2）aI-2式（D.3）～（D.6）0.3mPI-2式（D.7）5.0×106NaI-max5m5mku1.51×108N/m1.51×108N/mV為船舶撞擊速度（m/s），VCS為船首發(fā)生翹曲臨界速度，VCS=7.16α-1.49，α為橋墩寬度與船首寬度之比，簡稱寬度比。圖D.1中兩類駁船撞擊力-撞深模型存在適用參數(shù)范圍，船舶撞擊速度應(yīng)在0-5m/s之間，且寬度比應(yīng)在之間。表D.1中參數(shù)按式（D.1）～（D.7）計(jì)算。 （D.1） （D.2） （D.3） （D.4） （D.5） （D.6） （D.7）式中：——撞擊力峰值放大系數(shù)；、——擬合系數(shù)，，；——α=0.25時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的撞擊力峰值，取值1.36×107N；——撞擊速度引起的放大系數(shù)；——橋墩寬度與船艏寬度之比引起的放大系數(shù)，可按式（D.5）或式（D.6）計(jì)算；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的特征點(diǎn)位移，分別取0.012m和0.3459m；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的平臺力，取值4.1×106N；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的初始剛度，取值為1.13×109N/m。駁船撞擊圓形橋墩的Pd-a曲線參數(shù)計(jì)算撞擊力-撞深模型參數(shù)取值與計(jì)算類型ⅠaI-10.3mPI-1式（D.8）和式（D.9）saI-2式（D.10）～（D.13）PI-2式（D.14）aI-max5mku1.51×108N/m類型ⅡaII-00.04mPII-0式（D.15）和式（D.16）aII-10.3m表D.2駁船撞擊圓形橋墩的Pd-a曲線參數(shù)計(jì)算（續(xù)）撞擊力-撞深模型參數(shù)取值與計(jì)算類型ⅡPII-1式（D.9）和式（D.17）aII-2式（D.18）～（D.22）PII-2式（D.23）aI-max5mku1.51×108N/m表D.2中類型Ⅰ的參數(shù)按式（D.8）～（D.14）計(jì)算。 （D.8） （D.9） （D.10） （D.11） （D.12） （D.13） （D.14）式中：——撞擊力峰值放大系數(shù)；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的撞擊力峰值，取值8.07×106N；——撞擊速度引起的放大系數(shù)；——橋墩寬度與船艏寬度之比引起的放大系數(shù)，可按式（D.12）或式（D.13）計(jì)算；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的特征點(diǎn)位移，分別取0.3m和0.892m；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的平臺力，取值5.2×106N。表D.2中類型Ⅱ的參數(shù)按式（D.15）～（D.23）計(jì)算。 （D.15） （D.16） （D.17） （D.18） （D.19） （D.20） （D.21） （D.22） （D.23）式中：——初始加載階段峰值撞擊力放大系數(shù)；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線初始加載階段峰值力，取值為5.3×106N；——撞擊力峰值放大系數(shù)，按式（D.9）計(jì)算；——撞擊速度引起的放大系數(shù)，按式（D.11）計(jì)算；——橋墩寬度與船艏寬度之比引起的放大系數(shù)，可按式（D.12）或式（D.13）計(jì)算；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的撞擊力峰值，取值8.07×106N；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的初始剛度，取值為1.33×108N/m；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的特征點(diǎn)位移，分別取0.04m、0.3m和1m；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線在區(qū)間[0，a3]所圍成的面積，取值為6.04×106J；——時(shí)，靜力撞擊力-撞深曲線的平臺力，取值5.11×106N。對于側(cè)撞情形：船舶側(cè)撞情形下，船舶的撞擊力-撞深曲線可近似為線性。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，對于矩形橋墩，船舶的撞擊力-撞深曲線斜率可取為1.2×1011N/m；對于圓截面橋墩，船舶的撞擊力-撞深曲線斜率可取為5.0×109N/m。宏觀單元參數(shù)計(jì)算：輪船撞擊采用JTG/T3360-02—2020中輪船撞擊力-撞深模型。對于正撞和斜撞情形，撞擊力-撞深模型見圖D.2所示，模型參數(shù)應(yīng)按式（D.24）～（D.28）計(jì)算。 （D.24） （D.25） （D.26） （D.27） （D.28）式中：——輪船撞擊力，單位為兆牛（MN）；——船舶撞擊動能，單位為兆焦（MJ）；——最大撞深，單位為米（m）；——無量綱撞擊力-撞深參數(shù)；——滿載排水量，單位為噸（t）；——船舶撞擊速度，單位為米每秒（m/s）；——無量綱最終撞深，按表D.3取值；——常系數(shù)，按表D.3取值。輪船撞擊力-撞深模型的相關(guān)參數(shù)選取船舶等級（DWT）M（t）ab5007970.310.350.980100012100.370.33300051180.460.28500067100.370.2810000167000.700.3712000185420.800.4030000430281.140.4750000620001.160.40輪船無量綱撞擊力-撞深模型側(cè)撞情形：船舶側(cè)撞情形下，船舶的撞擊力-撞深曲線斜率可近似為線性。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，對于矩形橋墩，船舶的撞擊力-撞深曲線斜率可取為1.2×1011N/m；對于圓截面橋墩，船舶的撞擊力-撞深曲線斜率可取為5.0×109N/m。橋梁結(jié)構(gòu)模型橋梁船撞響應(yīng)分析時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)宜采用三維空間計(jì)算模型。計(jì)算模型應(yīng)符合結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，構(gòu)件的材料、幾何尺寸、配筋、支座等應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況一致。計(jì)算模型應(yīng)考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)的慣性效應(yīng)影響，上部結(jié)構(gòu)可采用彈性梁單元模擬。計(jì)算模型應(yīng)考慮被撞墩柱的材料非線性及其樁土相互作用，符合以下規(guī)定：被撞墩在船撞作用下預(yù)期發(fā)生彎曲破壞，則可采用彈塑性纖維梁單元模擬被撞墩；被撞墩在船撞作用下預(yù)期發(fā)生剪切破壞，則應(yīng)采取彈塑性纖維梁串聯(lián)剪切彈簧的方式來考慮被撞墩的剪切行為，剪切彈簧參數(shù)需進(jìn)行專項(xiàng)研究確定；樁基宜采用彈塑性纖維梁單元模擬。非被撞墩柱可采用彈性梁單元模擬。計(jì)算模型應(yīng)考慮重力二階效應(yīng)和大變形的影響。

（規(guī)范性）

基于接觸-碰撞有限元的橋梁船撞建模與分析原則典型碰撞情形開展典型碰撞分析時(shí)，應(yīng)采用合理的單元模擬船舶發(fā)生的變形特征。變形較大的船艏部位宜采用殼單元精細(xì)模擬，變形相對較小的船身部位可采用實(shí)體單元或殼單元簡化模擬，見圖E.1。船舶有限元模型的質(zhì)量和重心應(yīng)與真實(shí)船舶保持一致。船舶有限元模型碰撞分析時(shí)宜考慮焊點(diǎn)對船艏部位的影響。開展船舶正撞分析時(shí)，應(yīng)考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)和樁基對被撞橋墩的約束作用。簡便計(jì)算時(shí)，可采用簡化橋梁模型代替全橋模型，見圖E.2。帶主梁的簡化模型確定船舶撞擊橋梁結(jié)構(gòu)的位置及接觸區(qū)域時(shí)，應(yīng)根據(jù)碰撞發(fā)生時(shí)的水位和船舶的吃水深度綜合確定。采用精細(xì)接觸-碰撞有限元開展正撞分析時(shí)，可采用附連水質(zhì)量系數(shù)法簡化水對碰撞結(jié)果的影響，附連水質(zhì)量系數(shù)可參考JTG/T3360-02—2020中的規(guī)定取值。復(fù)雜碰撞情形精細(xì)的非線性接觸-碰撞分析模型對于斜撞、側(cè)撞等復(fù)雜碰撞情形，宜采用精細(xì)的非線性接觸-碰撞有限元方法進(jìn)行橋梁船撞分析，該數(shù)值分析模型中應(yīng)直接模擬船舶與橋梁周圍的水介質(zhì)。橋梁模型應(yīng)按JTG/T3360-02—2020的規(guī)定，采用全橋結(jié)構(gòu)分析模型，并按JTG3363的規(guī)定考慮土與基礎(chǔ)的相互作用。非被撞橋墩處基礎(chǔ)的邊界條件，宜按JTG/T2231-01的規(guī)定，用承臺底六個(gè)自由度的彈簧剛度模擬基礎(chǔ)與土的相互作用。船舶模型應(yīng)按照實(shí)際碰撞角度、碰撞高度和吃水深度設(shè)置模型初始姿態(tài)。船舶碰撞的區(qū)域應(yīng)采用細(xì)網(wǎng)格尺寸劃分，模擬船舶鋼板的殼單元特征長度與厚度之比宜在5至10之間，距船舶碰撞區(qū)域較遠(yuǎn)的部位可采用粗網(wǎng)格尺寸劃分。流體模型宜采用無限邊界模擬。碰撞分析時(shí)應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)格敏感性分析，采用合適的網(wǎng)格尺寸。碰撞分析時(shí)宜考慮船舶最不利側(cè)撞情形，見圖E.3。船舶側(cè)撞示意圖側(cè)撞分析時(shí)，可忽略船艙內(nèi)貨物微小的滑動或變形，貨物可采用實(shí)體單元模擬。斜撞分析時(shí)，不宜采用附加水質(zhì)量方法簡化水動力效應(yīng)的影響。簡化模型簡化考慮水介質(zhì)影響的非線性接觸-碰撞模型宜采用LS-DYNA結(jié)合MCOL程序進(jìn)行。簡化分析方法的過程見圖E.4，其中水-船-橋相互作用關(guān)系應(yīng)符合下列規(guī)定：水-船相互作用采用MCOL程序考慮；船-橋相互作用通過LS-DYNA程序模擬；水-橋相互作用按JTG/T2231-01規(guī)定的動水壓力近似。船-橋碰撞簡化計(jì)算的通用程序（ρi表示Parti的密度）MCOL程序與LS-DYNA主程序之間的交互過程應(yīng)與圖E.5相符合。LS-DYNA/MCOL程序分析過程MCOL程序中應(yīng)設(shè)定重心處的隨動坐標(biāo)系，隨動坐標(biāo)系的定義應(yīng)于圖E.6相符合，重心在全局坐標(biāo)系下的位置應(yīng)按式（E.1）計(jì)算。 （E.1）式中：——縱蕩位移；——橫蕩位移；——垂蕩位移；——橫搖轉(zhuǎn)角；——縱搖轉(zhuǎn)角；——艏搖轉(zhuǎn)角。MCOL程序的坐標(biāo)系其中，重心在隨動坐標(biāo)系中的速度應(yīng)按式（E.2）計(jì)算。 （E.2）式中：——縱蕩速度；——橫蕩速度；——垂蕩速度；——橫搖轉(zhuǎn)速；——縱搖轉(zhuǎn)速；——艏搖轉(zhuǎn)速。在MCOL程序中應(yīng)根據(jù)實(shí)際碰撞情形輸入與水作用力相關(guān)的參數(shù)，相關(guān)參數(shù)應(yīng)滿足以下要求：船舶質(zhì)量矩陣應(yīng)按式（E.3）計(jì)算。 （E.3）式中：——船舶質(zhì)量；——質(zhì)量慣性矩。附加質(zhì)量矩陣應(yīng)滿足式（E.4）的要求。 （E.4）式中：——質(zhì)量增加項(xiàng)。靜水剛度恢復(fù)力應(yīng)按式（E.5）計(jì)算。 （E.5）式中：——全局坐標(biāo)系至參考水面的變換矩陣；——對應(yīng)平衡位置的恢復(fù)力矩陣；——靜水剛度矩陣，見式（E.6）。 （E.6）式中：——重力加速度；——流體密度；——面域面積；和——面域的形心坐標(biāo)，相對于重心位置；——面域的面積慣性矩。粘性阻力（）應(yīng)按式（E.7）計(jì)算。 （E.7）式中：——流體密度；——阻力系數(shù)；——阻力區(qū)域的面積；——阻力中心點(diǎn)的船舶速度；——該區(qū)域面積的法線方向。波浪阻力（）應(yīng)按式（E.8）～（E.9）計(jì)算。 （E.8） （E.9）式中：——波浪頻率；——波浪輻射阻尼矩陣，見式（E.10）。 （E.10）式中：——頻率相關(guān)的阻尼系數(shù)。船舶在重心處的運(yùn)動方程應(yīng)按式（E.11）計(jì)算。 （E.11）式中：——科里奧利向心力矩陣，見式（E.12）。 （E.12）式中：——船舶碰撞產(chǎn)生的接觸力；——總質(zhì)量矩陣，見式（E.13）。 （E.13）可通過MCOL程序求解方程（E.11），對于每個(gè)時(shí)間步長，船舶的流體動力學(xué)的響應(yīng)應(yīng)按式（E.14）計(jì)算。 （E.14）式中：——由船舶橫搖、縱搖和艏搖定義的變換矩陣，見式（E.15）。 （E.15）橋墩每單位高度水動力產(chǎn)生的附加質(zhì)量應(yīng)按式（E.16）計(jì)算。 （E.16）式中：——單位高度的橋墩質(zhì)量；——圓形截面半徑；——橢圓截面的軸長或矩形截面的長度，計(jì)算方法應(yīng)與圖E.7相符合；——與長邊的水平碰撞作用夾角；——矩形橋墩的附加質(zhì)量系數(shù)，由邊長比確定。橢圓形和矩形橋墩截面

（資料性）

防船撞裝置的沖擊模型試驗(yàn)試樣防船撞裝置防護(hù)性能試驗(yàn)宜采用整體試件進(jìn)行。若受試驗(yàn)設(shè)備能力限制時(shí)，經(jīng)與用戶協(xié)商可選用代表性耗能獨(dú)立單元構(gòu)件試件進(jìn)行試驗(yàn)。采用縮尺模型時(shí)，縮尺比不可過小。試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)在常溫下進(jìn)行，試驗(yàn)場所應(yīng)整潔，不應(yīng)有影響檢測的振動源。試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備可采用沖擊試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)具備采集加速度、位移的功能。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)能提供不小于常規(guī)船舶運(yùn)行的速度，碰撞速度偏差不宜超過±5%，碰撞角度偏差不宜超過±1.5°。試驗(yàn)沖擊錘質(zhì)量選取應(yīng)充分反映實(shí)際構(gòu)件變形情況。試驗(yàn)方法試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將防船撞裝置使用壓縮方向固定在試驗(yàn)機(jī)底板上。試驗(yàn)前，應(yīng)測量防船撞裝置的初始幾何尺寸。試樣關(guān)鍵部位應(yīng)安裝位移傳感器、力傳感器和加速度傳感器等設(shè)備記錄試驗(yàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)自動記錄撞擊力、壓縮位移量等關(guān)鍵試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)沖擊試驗(yàn)設(shè)備單次碰撞能量有限時(shí)，可采用多次撞擊的方法獲得完整的防撞裝置性能曲線。試驗(yàn)結(jié)果繪制力-位移曲線和加速度-時(shí)間曲線，取試樣的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，平均值與單個(gè)試件結(jié)果的偏差不宜超過5%。

（資料性）

防船撞裝置性能評價(jià)的數(shù)值分析方法模型建立防撞裝置的數(shù)值模擬宜采用橋梁、防撞裝置和船舶的三維有限元模型，三維有限元模型的幾何、材料和邊界條件應(yīng)與實(shí)際相符，見示意圖G.1。防船撞裝置性能評價(jià)的三維有限元模型示意應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況定義防撞裝置的幾何形狀、材料屬性和邊界條件。船舶和橋梁的數(shù)值模型應(yīng)符合附錄E.2的規(guī)定。材料模型防船撞裝置中消能元件和耗能芯材的數(shù)值模型，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定。應(yīng)選取適當(dāng)?shù)牟牧夏Ｐ蛠砟M防船撞