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摘 要：為明確通明海特大橋橋墩不同水位下抗力水平，設防船舶撞擊力，建立靜力與動力模型對橋墩抗撞能力進行分析 ， 提出柔性防撞方案 。開展復合材料力學性能試驗，確定復合材料在不同荷載下的破壞方式，根據試驗結果定義正交各向異性本構，分析防撞裝置在球鼻艏、前傾型艏船撞擊下的防護性能 。結果表明：過渡墩與第一跨引橋墩在高水位下抗撞能力不足；設置防撞裝置后最高可削減船撞力51%,耗能比最高可達84% 。
關鍵詞：船橋碰撞;抗撞能力;船撞力;復合材料;防撞裝置;
作者簡介：鄭植，男，博士研究生，工程師;
基金：國家重點研發計劃項目(編號：2017YFC0806000);廣東省交通運輸廳科技計劃項目(編號：2016-02-005);
2017—2018年，廣東洪奇瀝大橋、蓮溪大橋、斗門大橋、磨刀門大橋、珠海大橋及重慶朝天門大橋相繼遭受船舶撞擊，造成嚴重損失[1] 。船橋碰撞問題已日趨嚴重，近年來關于橋墩防撞保護設施的研究得到越來越多關注 。橋墩防撞設施種類繁多，國際橋梁和結構工程協會將橋梁保護結構分為防護板系統、支撐樁系統、系纜樁系統、人工島或暗礁保護以及浮動保護系統5大類[2] 。王君杰[3]將橋梁防撞系統分為獨立式、一體式和附著式3大類，并詳細介紹了不同類型防撞設施的適用場合 。其中附著式防撞浮式結構因能適應大水位落差 ， 在抵御中等撞擊能量下具有較為明顯的優勢；張錫祥[4]提出一種多節段燕尾榫連接的防撞浮箱結構 ， 開展了大節段足尺沖擊試驗，證明其具有較好的緩沖折減性能，其成果已應用在黃花園大橋上；劉偉慶[5,6]提出一種自浮式圓形截面復合材料防撞圈 ， 采用格構腹板增強泡沫夾芯材料制作 ， 通過凹凸榫卯式插銷連接形成整體，并進行了多個工程應用；樊偉[7]提出一種新型鋼-UHPFRC組合結構防撞裝置，結合試驗與數值模擬驗證了其防護性能 ， 并成功應用于長沙湘江一座斜拉橋過渡墩上 。
斜拉橋由于跨越能力大被廣泛應用于跨航道工程中，其主跨通航孔的通航尺度可滿足大噸位船舶及船隊通航 。斜拉橋主橋墩剛度大，抗撞能力強，而鄰近主航道的過渡墩與第一跨引橋墩通常抗撞能力不足且碰撞概率較高，易遭到失控船舶撞擊引起倒塌 。如2007年一艘2 000 t砂船撞擊廣東九江大橋23號橋墩 ， 導致大橋南側前三跨引橋倒塌，事故造成8人死亡，4輛汽車落水，一艘中型運砂船沉沒 ， 經濟損失達4 500萬元[8] 。因此對于航道斜拉橋的過渡墩及鄰近引橋墩進行防護意義重大 。該文針對湛江通明海特大橋 ， 計算橋墩抗撞能力，通過數值模擬研究各橋墩設防船撞力 。對過渡墩及第一跨引橋墩提出一種新型柔性防護裝置；開展復合材料力學性能試驗，分析不同荷載下復合材料的破壞方式，確定材料本構參數；最后對防撞裝置的防護性能進行研究 ， 以便為工程順利實施提供保障 。
1 工程概況通明海特大橋橫跨通明海，是東雷高速公路的控制性工程，屬于廣東省重點交通建設項目 。大橋主橋為(146 338 146) m雙塔三跨雙索面組合梁斜拉橋，橋面全寬36 m, 設計最高通航水位為6.714 m 。采用單孔雙向通航，通航孔跨徑為338 m, 通航凈寬270 m, 上底寬與凈寬一致，凈高28 m, 側高與凈高一致 。距離通航孔上下行航跡中心3倍船長范圍包含主墩、過渡墩與第一跨引橋墩 。橋型布置見圖1[9] 。
主塔采用A字形，塔高121.3 m, 中塔柱及下塔柱間設置橫梁 。主塔基礎采用2.8 m鉆孔樁，每個橋塔設30根樁基，樁長123 m; 輔助墩、第一跨引橋墩樁基分別采用2.5、2 m樁徑，樁長分別為84.5、93 m 。大橋基礎形式為高樁承臺，按摩擦樁設計 。
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