论桥梁防船撞设施的应用现状

许津玲

摘要：随着经济的迅速发展，桥梁的数量与日俱增，船桥相撞事故的发生率也逐渐增加。由于此类事故的巨大破坏性，桥梁防撞技术受到越来越多的关注。本文主要讨论了目前桥梁中所采用的主要防撞设施，以及它们的优缺点和应用，同时对防撞技术目前的应用概况进行了简单介绍

关键词：桥梁、防撞技术

前言

随着经济和交通运输条件的迅速发展，船舶的航运量越来越大，因船舶撞击而导致的桥梁跨塌事件也越来越多。桥墩的防护系统是多种多样的，各有特点，它们性能不同，适用于不同的场合，所以要根据具体情况慎重选择。防护装置的设计需要根据桥墩的自身抗撞能力、桥墩的位置、桥墩的外形、水流的速度、水位变化情况、通航船舶的类型、碰撞速度等因素进行。陈国虞[1]，提出桥墩的防护装置应满足：（1）兼顾水运、桥梁和航道等几方面的利益；（2）满足通航要求，不妨碍船舶航行；（3）能够适应水位变化；（4）吸收能量的能力大；（5）被撞后可恢复，能够多次使用；（6）安装、运输方便；（7）不会因防撞装置而产生其他问题；（8）性价比较高。

1、防撞保护装置的分类

目前对防撞设施的分类主要有以下两种方法[2][3]：

1）1991年，国际桥梁和结构工程协会（IABSE）将通常的桥梁保护结构分为五类，即：防护板系统、支撑桩系统、系缆桩系统、人工岛或暗礁保护以及浮动保护系统。

2）20世纪80年代，按照船舶冲撞能量吸收方法和设置场所的不同，日本学者岩井.聪对各种防护措施进行如下分类：

①按船舶冲撞能量吸收方法分类：

弹性变形型-主要通过防撞装置的弹性变形来吸收撞击能量。

抗压变形型-主要通过防撞装置的压缩压屈、弯曲破坏等来吸收撞击能量。

变位型-利用防撞装置的重力或水体浮力产生的还原力吸收撞击能量。

②按设置场所分类

直接构造-防撞装置与桥墩相连安装。

间接构造-防撞装置远离桥墩安装。

根据以上的分类方法，常见的各种防撞设施如下：

1.直接构造：弹性变形型：护舷方式、绳索方式

压坏变形型：缓冲体方式

变位型：重力式

2.间接结构：弹性变形型：桩方式

压坏变形型：沉箱式人工岛方式

变位形：浮体系泊缆方式

2、防撞保护装置介绍

2.1护舷方式

桥墩防撞中常用的护舷方式是橡胶护舷，它属于直接构造弹性变形型防撞装置。橡胶缓冲系统[4]，很少单独作为桥梁的保护系统，它们总是在其它防撞系统中起缓冲体的作用。由于橡胶具有较强的拉压、弯扭和剪切变形能力，所以在当代防撞系统的设计中常得以应用，以提供极大的能量吸收能力。按其在防撞系统中所起的作用，橡胶缓冲体可以分为以下两种类型。

（1） 抗压缓冲橡胶垫层

抗压缓冲橡胶垫层是由一系列安装在防撞桩或防撞框架后面的橡胶垫层形成的，图1中的橡胶块就是设置的一种方法。防撞系统的能量吸收能力由桩或框架的变形和橡胶垫层的应力应变特性形成。

（2）抗拉缓冲橡胶

抗拉橡胶装置是由翻砂浇注成特殊框架的圆锥形铸钢和橡胶组合而成的。实际上，抗拉橡胶装置承受的变形有扭转、压缩、剪切和拉伸及组合变形，它吸收撞击动能的能力也是由这几种变形合成的。

2.1.1特点及使用场合

优点：1.种类较多，具有不同的力学性能，可满足不同的缓冲需要；2.安装较为方便，材料耐腐蚀，寿命长，维护费用低；3.被撞后易修复，可以反复使用。

缺点：1.不适用于中等或高能量碰撞事件；2.生产成本较高。

适用场合：1.可适用于各种环境，不受外部环境条件的影响；2.安装在不同位置，可抵挡船舶不同角度的撞击；4.安装在防撞设施与承台之间，主要起缓冲和均匀分布撞击力的作用；5.安装于防撞设施外部，可减小船舶和设施本身的破坏。

2.2绳索方式

绳索方式是将钢丝绳水平地在桥墩附近水面铺开，当船舶撞击时，钢丝绳发生弹性变形从而吸收撞击能量。图2是绳索方式防撞装置缓冲吸能原理示意图。

2.3混凝土结构

根据受力机理不同，混凝土结构可以分为预应力箱式结构和套箱式结构。第一种安装在承台周围，靠混凝土箱的压溃变形来吸收能量，因此属于直接构造压坏变形型。改变混凝土箱的结构尺寸或箱内部的几何布置，可改变其吸收能量的大小。第二种安装在承台周围，在承台与桥墩之间安装大量的橡胶件，受到船舶撞击时，主要靠船舶的塑性变形和橡胶件的弹性变形吸收能量，因此属于直接构造弹性变形型。

2.3.1特点

这种防撞设施的优点是：1.造价适中；2.耐久性好，受到小能量撞击时不需要维修，可以反复使用；3.施工与承台同时完成。缺点：1.对船舶的损伤较大；2.混凝土套箱受撞之后如发生损坏，需维修。

3、结论

1）桥墩防撞装置的种类较多[5]， 应依据船舶尺寸、 类型、 航速以及河流与河床的断面形态，并综合考虑防护体系的施工能力等来决定采用何种防护类型的装置。

2）每种防护装置都有其自身的优缺点以及适用范围，解决桥墩防撞问题的最好方法就是桥梁结构的优化以及 多种类型的防撞装置巧妙结合。

3）随着科学技术的发展，防撞理论越来越成熟，因此越来越多新型有效的防撞装置也相继问世。如陈国虞老先生提出的柔性耗能防撞装置[6]

参考文献：

[1]陈国虞.长江中游桥墩防撞一一防撞要求的分析。航海科技动态，1995（3）：16一19.

[2]Damgaard larsen.Ship Collision with Bridges，IABSE Structoral Engineering Documents，1993.

[3]巖井聪.关于船舶对桥梁的安全设施.中国航海，1986（12）.

[4]杨渡军.《桥梁的防撞保护系统及其设计》.人民交通出版社，1990.

[5] 陈国虞.桥墩防撞设施的选择.中国水运.1995（9）.

[6] 陈国虞.防御船撞桥的新装置及其机理研究[J].船舶工程，2007，29（4）：40一43.