基于风险的重庆土坎乌江大桥船撞设防标准研究
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摘要：以重庆土坎乌江大桥工程为依托，介绍了跨江桥船撞设防标准确定的思路和方法。基于风险的思想，利用目前国内外应用较多的AASHTO规范模型，进行了船撞风险分析，得到了船撞设防代表船型，然后利用数值模拟方法确定出了桥梁的设防船撞力。分析结果表明，重庆土坎乌江大桥船撞风险不满足可接受风险水平。并在分析结果的基础上，提出了进一步降低桥墩船撞风险的建议和措施，为同类型桥梁的船撞设计提供了参考。
中图分类号：TU997 文献标志码：A
工程概况
拟建武隆县土坎乌江大桥及引道工程路线全长2.778km。设计桥位起点有319国道相通，终点有巷土、巷双公路相通，交通便利。
桥梁跨径组合为2×25m连续箱梁+（96+180+96）米连续刚构+3×28m连续箱梁，桥梁总长度为517.5 m，设计桥宽19.5m。该桥按整幅设置，桥面行车道宽15.5米，双向四车道，两侧各设2.0米宽的人行道（含0.25米栏杆）。
船撞风险分析方法及本文思路
本文主要采用美国AASHTO规范模型对重庆土坎乌江大桥进行了船撞风险分析。参照美国AASHTO的《公路桥梁设计规范》（1994），大桥各桥墩年撞损频率按以下公式计算：
（1）
式中：为桥梁的年倒塌频率；为根据船舶类型、尺度和装载情况分类的船舶年通航量；为船舶的偏航概率；为碰撞的几何概率，用正态分布进行模拟。
在可接收风险准则方面，根据AASHTO规范，大桥的可接收风险取10-4/年。
对于轮船的撞击力，美国AASHTO指南提供了计算公式：
（2）
式中，为船舶撞击速度（m/s）；为船舶排水量（t）。
船撞风险分析主要参数的确定
根据现场调查和当地港航管理部门统计，工程河段船舶日均流量约13艘左右。目前通过桥区水域的船舶的典型航速一般为4.0m/s。
船撞设计代表船型的确定
3.1 工程简介及有限元模型的建立
采用前述方法和思路对重庆土坎乌江大桥进行了船撞风险分析，下面以重庆土坎乌江大桥为例来介绍船撞设计代表船型的确定过程。
根据设计资料，重庆土坎乌江大桥3、4号墩抗力分别按6MN和5.8MN进行风险分析，重庆土坎乌江大桥在2012年、2022年和2050年的通航密度下，其船撞风险均大于重要桥梁的可接受风险10-4。为满足可接受风险的要求，其桥墩抗力仍需提高。
项目组进行计算，得出近期时，当3号、4号桥墩抗力分别提高到7.8MN，8.12MN时，全桥的船撞风险基本满足重要桥梁可接受风险水平10-4。同理，远期时，2、3、4、5、6号墩分别提高到9MN、15.4MN、15.9MN、12.69MN、4.05MN时，全桥的年倒塌频率降到可接受风险10-4范围内。
4 船撞设防标准的确定
进行动力数值模拟分析，进而得到桥梁的船撞设防标准。
通过动力数值仿真模拟分析，得到的土坎乌江大桥的撞击力见表1。
表1数值模拟分析得到不同桥墩的撞击力
5 结论及建议
本文利用目前国内外应用较多的AASHTO规范模型。得到以下结论：根据AASHTO方法评估结果，3号墩、5号墩其船撞风险在2022年之前满足可接受风险，但在2050年其船撞风险已高于可接受风险；4号主墩其船撞风险在2012年其船撞风险已高于可接受风险；2号墩和6号墩船撞风险相对较小，但整体抗力仍稍显不足。
根据上述结论，提出建议如下：调整结构尺寸、提高配筋率的方式来提高自身抗力，增加一定的浮式柔性防撞设施，在桥孔迎船一侧，设置一系列浮标标志等。
参考文献：
AASHTO. Guide Specification and Commentary for Vessel Collision Design of Highway Bridges. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C. 1991
AASHTO. LRFD Bridge Design Specification and Commentary. AmericanAssociation of State Highway and Transportation Officials, Washington D.C. 1994
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中华人民共和国交通部. 公路桥涵设计通用规范. JTJ D60-2004, 2004.
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