碰撞防護及其影響因素研究

劉語涵

摘要 隨著我國經濟和交通業的發展，跨港區以及通航江河大型橋梁也大量增加。同時船舶噸位、航速以及經過航道的船舶艘次快速發展和增加，受人為因素和外界環境因素的影響，船舶撞擊橋梁事故頻發且次數不斷增長。本文以船舶與橋梁的碰撞為例，首先對碰撞防撞設施的分類做了簡介，重點分析了影響碰撞防護的相關因素，具體從撞擊位置、撞擊速度、增強防護裝置質量、船舶剛度上的變化對防護裝置的影響做了分析研究。

關鍵詞 碰撞防護；影響；研究

中圖分類號U4 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0033—02

對于發展中國家而言，交通運輸行業的發展能有效促進一個國家的社會發展和經濟增長，對國家有著巨大的影響力。目前，世界已建設了越來越多的通航江河和跨越港區的大型橋梁，航行速度、船舶噸位以及船舶經過航道的艘次也在不斷增多。與此同時，受人為因素和外界環境因素的影響，容易造成船舶與橋梁的撞擊，從而導致災難性事故的發生。當前，世界研究者已對碰撞防護方面的研究引起了重視，據有關統計，1960年到1993年這33年，全球因駁船或者船舶碰撞引起大型橋梁倒塌的就有26起，總體死亡人數高達321人。就以我國長江大橋為例，根據相關部門的統計，自1957年武漢長江大橋建立以來，截至到2016年這60年中，船舶撞橋事故已高達73次，1994年武漢長江大橋僅10月就被撞擊了4次。截至2016年，我國比較嚴重的碰撞是2007年6月15日發生在廣東九江大橋的事故，一艘采砂船與大橋橋墩相撞，導致九江大橋200m左右的橋面出現坍塌，死亡人數9人。發生船舶碰撞事故不僅給國家經濟帶來了嚴重損失，還給人員造成了傷亡，這些都是無法估量的。

1碰撞防撞設施的分類

20世紀80年代日本學者巖井聰在對防撞設施做出了相對系統的分類法。在碰撞的過程中，以碰撞力作用面來進行定義，將防護設施分為直接構造和間接構造，直接構造是直接將碰撞力作用在橋上，相反的則是間接構造，具體分類如圖1所示。

2碰撞防護影響因素研究

2.1外界影響因素對船與防護裝置碰撞的影響研究

1）撞擊位置對防護套箱的影響研究。船舶在實際航行中，會受外界環境和人為因素的影響，而發生船與防護裝置的碰撞，引起事故。而船與防護裝置撞擊的角度不可能只局限在橫橋向正面，為更好地研究撞擊角度給防護裝置帶來的影響，本文在撞擊參數以及其他條件不變，只改變碰撞位置的情況下進行了研究，具體選取了5個發生碰撞事故概率比較大的位置，具體位置如圖2所示。

2）撞擊速度對防護裝置的影響研究。當船舶碰撞到橋梁防護裝置的某一位置時，在參數和其他條件不變的情況下，不同的航行速度給防護裝置帶來的撞擊力度有很大的區別，根據不同撞擊速度可進行碰撞力時間曲線的繪制，碰撞力受碰撞速度的變化而發生改變，碰撞速度大的情況下，碰撞力波峰值出現的情況就相對較早。

2.2增強防護裝置質量對裝置耐撞的影響研究

防護裝置里有著許多艙壁，各艙中都具有足夠大的空間，若在各艙室中添加某些填充物，能有效增強裝置的質量，比如添加泥沙，防護裝置的質量得到了提高，相應的防護裝置的耐撞性也大大增強，本文根據有限元仿真模擬對此問題進行了討論。裝置同泥沙流動所產生的作用是非線性過程，相對復雜，在艙壁中添加填充物，只能提高裝置的質量，在這里分析做簡化處理，通過有限元模型，將各艙壁版的密度進行提高，從而分析艙壁中加入填充物后，防護裝置能量變化和表達趨勢，根據裝置吸能的比較可以得出，添加填充物后，裝置吸能效果反而下降了，主要是因為防護裝置質量增加后可參與變形的吸能構件相應的變少了，讓總體吸能下降。圖4描述了板厚的改變對裝置吸能的影響。

2.3船艏剛度的改變對裝置耐撞性的影響研究

板厚的變化對裝置吸能的具體影響數據明確后，將三條曲線進行對比就可看出，船艏板厚度與防護裝置吸能效果是成正比的，船艏剛度增加，在碰撞后參與防護裝置吸能的構件就越多，對防護裝置的損傷就更為嚴重，裝置整體吸能能力增加。

3結論

總的來講影響碰撞防護的因素有很多，總體分為人為因素和外部環境因素。具體結論如下：不同的撞擊位置對防護裝置的碰撞力度影響不同，通過上述分析可得出結論，船橋碰撞正面撞擊比側面擦撞更嚴重，在發生正面撞擊時，船體航向與縱軸保持一致并與橋梁軸線垂直，而船的正向速度最大；撞擊速度與防護裝置吸能成正比，速度越快，防護裝置撞深越大，當速度達到5m/s之后就趨于平緩，碰撞力不會有很明顯的增大；防護裝置質量的提高，能降低船舶前進速度和防護裝置吸能效率，增強了防護裝置與船之間的最大碰撞力，不利于橋梁、船舶的防護；船艏剛度增加則防護裝置整體吸能能力增加，碰撞時間會延長，對裝置損傷更重。