内河大型船舶撞桥安全风险评估研究

检查和管理。

3.3 船撞桥造成船舶倾覆风险分析

墩台承受船舶撞击力可按下式计算[5]：

式中：γ为动能折减系数（s/m0.5）。当船舶斜向撞击墩台（指船舶航行方向与撞击点处墩台面法线方向不一致）时可取γ=0.2；正向撞击（指船舶航行方向与撞击点墩台面处法线方向一致）时可取γ=0.3；V为船舶撞击墩台时的速度（m/s）；α为船舶航行方向与墩台撞击点处切线所成的夹角，应根据具体情况确定， 如有困难，可采用α=20°，W为船舶重量（kN）；C1 、C2为船舶弹性变形系数和墩台弹性变形系数， 缺乏资料时可取C1 +C2 =0.000 5 。

侧向碰撞力产生的倾覆力矩和力臂：

式中：M为倾覆力矩 （kN.m）； F为侧向碰撞力（kN）；Zg为垂向重心高（m）； Zf为侧向力作用点高（m）；l为倾覆力臂 （m）；g为重量加速度（m/s2）

若l>Lqo，则船撞桥导致船舶倾覆。

由表8可知，船舶若发生与桥墩侧碰，船舶不倾覆则后果属于轻微的。结合灾害概率分类和风险分析矩阵，灾害风险指标属于中风险；风险决策准则属于可接受，重点安全检查和管理。

3.4 船撞桥造成桥梁损坏风险分析

在计算得出桥梁的船撞力以及桥墩的抗撞能力后，可以评价发生单次撞击时桥墩的破坏概率，用Pc表示，其含义是指船撞力大于桥墩抗撞能力从而引起桥墩破坏的概率。美国AASHTO规范给出桥梁结构被撞以后的安全状态，提出了以桥梁抵抗力与撞击力比值为基础的倒塌概率曲线，见图2。

当桥梁构件强度大于船舶撞击力时，Pc=0；当桥梁构件强度介于船舶撞击力的10%和100%之间时，Pc在0到0.1之间线性变换；当桥梁构件强度小于船舶撞击力的10%时，Pc在0.1到1之间线性变化。美国AASHTO规范的模型，是应用最为广泛的。

根据式（9）可计算船舶碰撞桥墩撞击力，如表9所示。

根据桥梁设计撞击作用力与船舶撞击力的比值，查图2可得桥梁倒塌概率，再结合船舶在该航道营运1年碰撞桥墩的概率，即可得出船舶营运1年造成桥梁坍塌的概率，如表10所示。

由表10可知，船舶以限制航速航行时，碰撞桥墩导致桥梁坍塌的风险指标属于中风险，风险决策准则属于可接受，重点安全检查和管理。

4 结论

根据水上交通事故统计资料，2012～2015年间水上交通事故呈现明显的下降趋势，D水道水上交通事故共28宗，均为一般等级事故。船舶大型化并没有导致船撞桥事故的恶化，这与本文采用安全评估方法获得的“中风险，风险决策准则属于可接受，重点安全检查和管理”的结论是一致的。

参考文献

[1]徐學光. 低碳背景下的船舶大型化.中国船检（06），2012.

[2]杨利兵. 广东省主要航道已建跨河桥梁通航适应性分析. 珠江水运（12），2014.

[3]赵东华，陈虹等. 内河航道等级与船舶大型化发展. 水运工程（11），2011.

[4] S.E.van Manen. Ship Collisions due to the Presence of Bridges[R]. Brussels： PIANC General Secretariat， 2001.

[5] Gucma L. Methods for bridge safety assessments with respect to ship collisions. K.Kolowrocki （edt.） Safety and Reliability. Balkema. Rotterdam 2005.

[6] Gucma L. Methods of Ship-bridge Collision Safety Evaluation. K.Kolowroeki（edt.） Safety and Reliability （Vol.2）. Balkema. Rotterdam2009.

[7] O.D.Larsen. Ship Collision with Bridges [M]. Denmark：IABSE，1993.

[8]AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. American Association of State Highway and Transportation Officials， Washington D. C.， 2010.