碰撞防护及其影响因素研究

刘语涵

摘要 随着我国经济和交通业的发展，跨港区以及通航江河大型桥梁也大量增加。同时船舶吨位、航速以及经过航道的船舶艘次快速发展和增加，受人为因素和外界环境因素的影响，船舶撞击桥梁事故频发且次数不断增长。本文以船舶与桥梁的碰撞为例，首先对碰撞防撞设施的分类做了简介，重点分析了影响碰撞防护的相关因素，具体从撞击位置、撞击速度、增强防护装置质量、船舶刚度上的变化对防护装置的影响做了分析研究。

关键词 碰撞防护；影响；研究

中图分类号U4 文献标识码A 文章编号2095—6363（2017）03—0033—02

对于发展中国家而言，交通运输行业的发展能有效促进一个国家的社会发展和经济增长，对国家有着巨大的影响力。目前，世界已建设了越来越多的通航江河和跨越港区的大型桥梁，航行速度、船舶吨位以及船舶经过航道的艘次也在不断增多。与此同时，受人为因素和外界环境因素的影响，容易造成船舶与桥梁的撞击，从而导致灾难性事故的发生。当前，世界研究者已对碰撞防护方面的研究引起了重视，据有关统计，1960年到1993年这33年，全球因驳船或者船舶碰撞引起大型桥梁倒塌的就有26起，总体死亡人数高达321人。就以我国长江大桥为例，根据相关部门的统计，自1957年武汉长江大桥建立以来，截至到2016年这60年中，船舶撞桥事故已高达73次，1994年武汉长江大桥仅10月就被撞击了4次。截至2016年，我国比较严重的碰撞是2007年6月15日发生在广东九江大桥的事故，一艘采砂船与大桥桥墩相撞，导致九江大桥200m左右的桥面出现坍塌，死亡人数9人。发生船舶碰撞事故不仅给国家经济带来了严重损失，还给人员造成了伤亡，这些都是无法估量的。

1碰撞防撞设施的分类

20世纪80年代日本学者岩井聪在对防撞设施做出了相对系统的分类法。在碰撞的过程中，以碰撞力作用面来进行定义，将防护设施分为直接构造和间接构造，直接构造是直接将碰撞力作用在桥上，相反的则是间接构造，具体分类如图1所示。

2碰撞防护影响因素研究

2.1外界影响因素对船与防护装置碰撞的影响研究

1）撞击位置对防护套箱的影响研究。船舶在实际航行中，会受外界环境和人为因素的影响，而发生船与防护装置的碰撞，引起事故。而船与防护装置撞击的角度不可能只局限在横桥向正面，为更好地研究撞击角度给防护装置带来的影响，本文在撞击参数以及其他条件不变，只改变碰撞位置的情况下进行了研究，具体选取了5个发生碰撞事故概率比较大的位置，具体位置如图2所示。

2）撞击速度对防护装置的影响研究。当船舶碰撞到桥梁防护装置的某一位置时，在参数和其他条件不变的情况下，不同的航行速度给防护装置带来的撞击力度有很大的区别，根据不同撞击速度可进行碰撞力时间曲线的绘制，碰撞力受碰撞速度的变化而发生改变，碰撞速度大的情况下，碰撞力波峰值出现的情况就相对较早。

2.2增强防护装置质量对装置耐撞的影响研究

防护装置里有着许多舱壁，各舱中都具有足够大的空间，若在各舱室中添加某些填充物，能有效增强装置的质量，比如添加泥沙，防护装置的质量得到了提高，相应的防护装置的耐撞性也大大增强，本文根据有限元仿真模拟对此问题进行了讨论。装置同泥沙流动所产生的作用是非线性过程，相对复雜，在舱壁中添加填充物，只能提高装置的质量，在这里分析做简化处理，通过有限元模型，将各舱壁版的密度进行提高，从而分析舱壁中加入填充物后，防护装置能量变化和表达趋势，根据装置吸能的比较可以得出，添加填充物后，装置吸能效果反而下降了，主要是因为防护装置质量增加后可参与变形的吸能构件相应的变少了，让总体吸能下降。图4描述了板厚的改变对装置吸能的影响。

2.3船艏刚度的改变对装置耐撞性的影响研究

板厚的变化对装置吸能的具体影响数据明确后，将三条曲线进行对比就可看出，船艏板厚度与防护装置吸能效果是成正比的，船艏刚度增加，在碰撞后参与防护装置吸能的构件就越多，对防护装置的损伤就更为严重，装置整体吸能能力增加。

3结论

总的来讲影响碰撞防护的因素有很多，总体分为人为因素和外部环境因素。具体结论如下：不同的撞击位置对防护装置的碰撞力度影响不同，通过上述分析可得出结论，船桥碰撞正面撞击比侧面擦撞更严重，在发生正面撞击时，船体航向与纵轴保持一致并与桥梁轴线垂直，而船的正向速度最大；撞击速度与防护装置吸能成正比，速度越快，防护装置撞深越大，当速度达到5m/s之后就趋于平缓，碰撞力不会有很明显的增大；防护装置质量的提高，能降低船舶前进速度和防护装置吸能效率，增强了防护装置与船之间的最大碰撞力，不利于桥梁、船舶的防护；船艏刚度增加则防护装置整体吸能能力增加，碰撞时间会延长，对装置损伤更重。