15一種新型的柔性吸能防撞裝置

1、一種新型的柔性吸能防撞裝置陸宗林 王禮立、黃德進(jìn)、張忠偉 陳國(guó)虞（同濟(jì)大學(xué)） （寧波大學(xué)） （上海海洋鋼結(jié)構(gòu)研究所）摘要： 摘要：橋墩建在水中航道邊上，建橋時(shí)留有一定凈空，橋梁使用期內(nèi)由于航運(yùn)的發(fā)展，通過(guò) 橋下的船會(huì)愈來(lái)愈多、愈來(lái)愈大、愈來(lái)愈快，加上偶然的人為因素，船會(huì)撞到橋墩上，盡管 幾率不大，但一旦撞上會(huì)引起橋梁、船和環(huán)境三方面的損失，如危及生命則損失更大。除了完善經(jīng)典公式之外，用一維理論實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析方法，明確柔性橋墩防撞能夠撥

2、開(kāi)船頭、減少交換能量、降低船撞力，從而降低損失，是較人工島、圍堰、鋼浮圍等方法更 能降低損失的一種新型防撞裝置。[1] 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：橋墩防撞柔性防撞裝置1. 柔性防撞的客觀需要 柔性防撞的客觀需要江河是船只航行的通道。它對(duì)陸上交通是個(gè)障礙，通過(guò)它最常用的方法是在江河上架 設(shè)橋梁。但受建橋技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等因素的約制，通常需要在水中建造橋墩以支撐橋梁的上層結(jié) 構(gòu)。橋墩就成為船只航行的障礙物，常會(huì)發(fā)生船只與橋墩相撞事故。嚴(yán)重時(shí)會(huì)橋毀、船沉、

3、 人亡。這種事故隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展而愈來(lái)愈頻繁和嚴(yán)重。為此要研究和解決兼顧水陸 兩方的通航凈空和橋梁結(jié)構(gòu)的防撞問(wèn)題。目前各國(guó)都已制定了各級(jí)航道的通航凈空標(biāo)準(zhǔn)，從法制上“協(xié)調(diào)”了船只和橋梁的尺 度。把船只和橋梁的碰撞可能性降低到有序可控的范圍。船只的航行會(huì)受到氣候（如大風(fēng)、大霧）、水文（水位、水流）、船只的機(jī)械和導(dǎo)航設(shè) 備的故障以及駕駛員的失誤（判斷錯(cuò)誤、注意力分散、操作失當(dāng)、甚至飲酒、瞌睡及突發(fā)疾 ?。┑纫蛩氐募s制。特別是后者，據(jù)統(tǒng)

4、計(jì),人為因素占事故率的70%左右。致使船只偏離正 常航線(xiàn)而導(dǎo)致與橋墩相撞或擱淺。因之，在設(shè)計(jì)通航河流上的橋梁時(shí)，在可能和合理的前提 下，通航凈空要留得寬一些。否則會(huì)像黃石長(zhǎng)江大橋那樣，通航凈空已符合規(guī)定，但因橋處 于河流彎道上，船只操控不易，仍經(jīng)常發(fā)生船只碰撞橋墩事故。但增大橋跨也只是減少了船 只碰撞的幾率（風(fēng)險(xiǎn)），不能完全避免碰撞事故。銅陵長(zhǎng)江大橋處于水流節(jié)點(diǎn)，航道河床穩(wěn) 定，主跨徑423m，不可謂不大。但在1998年和2003年先后

5、發(fā)生兩起油駁船隊(duì)撞擊橋塔。 所幸沒(méi)有發(fā)生油料外y曳污染水域的重大環(huán)保事故。國(guó)際上，從上世紀(jì)80年代開(kāi)始對(duì)船撞橋問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。國(guó)際橋梁與工程師 協(xié)會(huì)（IABSE）于1983年召開(kāi)了專(zhuān)題討論會(huì)，1991年發(fā)表了 “交通船只與橋梁結(jié)構(gòu)的相互 影響”（綜述與指南），1993年出版了 “船舶碰撞橋梁”手冊(cè)。美國(guó)各州公路工作者協(xié)會(huì) （AASHTO）于1991年出版了 “船舶碰撞公路橋梁設(shè)計(jì)指南“。1997年歐洲統(tǒng)一規(guī)范 （Eurocod

6、e）中也對(duì)船舶撞橋的設(shè)計(jì)荷載有所規(guī)定。1998年在丹麥召開(kāi)的國(guó)際會(huì)議專(zhuān)題討 論了船撞問(wèn)題，指出它是個(gè)多學(xué)科的問(wèn)題，涉及水利水文學(xué)、橋梁工程、碰撞力學(xué)（沖擊動(dòng) 力學(xué)）、船舶結(jié)構(gòu)與材料以及駕駛、導(dǎo)航、通訊等方面。我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中也對(duì)船舶撞橋的設(shè)計(jì)荷載有所規(guī)定，但對(duì)大型橋梁還需參照 國(guó)際上的通行方法估算船撞力。當(dāng)已設(shè)計(jì)的橋墩結(jié)構(gòu)不足以承受船舶的碰撞力時(shí)，如欲加大橋墩抗撞能力，常是花費(fèi) 很大，甚至不大可能實(shí)施的。此時(shí)就要另行設(shè)置防撞設(shè)施。

7、在橋墩周?chē)u是一個(gè)很有效的方法，它使船舶在碰到橋墩前就擱淺。橋墩所在的河 床有條件的青馬大橋、汀九大橋和丹麥的大海帶橋、奧利松大橋均用此法。當(dāng)沒(méi)有筑島條件 時(shí)常改設(shè)與橋墩分離的圍堰或樁群護(hù)墩。如廣州的洛溪大橋、黃洲大橋、法國(guó)諾曼底大橋、 美國(guó)達(dá)木岬大橋等。但它的抗撞能力有限，僅適用于船撞力較小的場(chǎng)合。近年來(lái)也有用橡膠 1- 鋼桿一鋼桿 2- 鋼桿一混凝土桿3- 鋼 桿一剛體 桿4- 鋼桿一 阻尼一鋼 桿 5- 鋼桿一阻尼一混凝土桿 6

8、- 鋼桿一阻尼一剛體桿0 200 400 600 800 lime/ s圖3 6種工況界面應(yīng)力時(shí)程曲線(xiàn)表1 6種工況界面應(yīng)力值序號(hào) 碰撞工況 應(yīng)力（MPa） 序號(hào) 碰撞工況 應(yīng)力（MPa）1 鋼一鋼 100 4 鋼一阻尼一鋼 352 鋼一混凝土 34 5 鋼一阻尼一混凝土 213 鋼一剛體 200 6 鋼一阻尼一剛體 42由表1數(shù)據(jù)可見(jiàn)介入阻尼元件后碰撞應(yīng)力降低甚多。形成了一個(gè)新的柔性吸能撞擊系 統(tǒng)。3. 柔性防撞裝置的結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 柔性防

9、撞裝置的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)由密繞鋼繩外包橡膠組成的復(fù)合耗能圈的“力-位移”曲線(xiàn)，有反力小、位移大的優(yōu)良 碰撞性能。有比橡膠鼓型、Q型碰墊高得多的耗能特性。很適合作為橋墩的吸能防撞元件。 目前生產(chǎn)的大號(hào)鋼繩復(fù)合耗能圈每個(gè)吸能10000?20000J。要實(shí)現(xiàn)橋墩防御大船的撞擊，必、 須要多個(gè)防撞圈共同使用。將若干個(gè)鋼絲繩防撞圈固定在橋墩承臺(tái)（或墩身）的四周。為使 四周的防撞圈能同期起作用，圈群外面要用鋼圍包絡(luò)起來(lái)，這個(gè)鋼圍要有足夠大的強(qiáng)度和剛 度。當(dāng)