橋梁防船撞措施研究現(xiàn)狀

摘 要：隨著我國(guó)水運(yùn)的迅速發(fā)展和大橋的不斷增多，船舶撞擊橋梁的事故也在不斷發(fā)生，船撞事故對(duì)橋梁的安全穩(wěn)定性造成了極大的威脅。因此，橋梁的防船撞措施受到了極大的重視，近年來(lái)出現(xiàn)了許多的新方法，大致分為主動(dòng)防船撞系統(tǒng)和被動(dòng)防船撞系統(tǒng)。在這里我們根據(jù)橋梁界的最新研究進(jìn)展，分析了不同類(lèi)型的裝置各自的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋梁;船撞;防撞裝置

1 引言

近些年來(lái)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笠苍絹?lái)越高，加上大眾對(duì)于出行便捷性的要求，我們國(guó)家建設(shè)了越來(lái)越多的大橋。這些大橋的確方便了我們的出行，大大縮短了人們出行所需的時(shí)間以及大大縮短了貨物運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，然而，橋梁的船撞事故也在悄然增加，造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。目前國(guó)際上用得比較多的船撞問(wèn)題研究方法主要是以下幾種：Minorsky方法、漢斯-德魯徹理論、簡(jiǎn)化內(nèi)部機(jī)理的數(shù)值解法和有限元法。我們將橋梁防船撞裝置分為兩類(lèi)，一類(lèi)是主動(dòng)防撞裝置，另一類(lèi)是被動(dòng)防撞裝置。希望以上的介紹和觀(guān)點(diǎn)的提出能夠?qū)Ω行У臉蛄悍雷惭b置的研制提供新的思路和想法。

2 橋梁防撞系統(tǒng)

關(guān)于橋梁的防撞系統(tǒng)的研究發(fā)展很快，包括了新材料的運(yùn)用、新技術(shù)的采用和思考模式的轉(zhuǎn)變等等。

2.1 橋梁主動(dòng)防撞系統(tǒng)

早期對(duì)于橋梁的防船撞裝置僅僅限于被動(dòng)的防撞裝置，這些裝置它們都有一個(gè)共同的出發(fā)點(diǎn)，那就是著眼于橋墩，加強(qiáng)橋墩自身的抵抗能力或者對(duì)橋墩增加防護(hù)措施，以達(dá)到減小兩者相撞時(shí)的威力和破壞的目的。有數(shù)據(jù)分析指出，發(fā)生船撞事故的原因之中，人為因素是所有因素之中所占百分比最大的。然而，主動(dòng)防撞系統(tǒng)的提出就可以很好的降低因?yàn)槿藶橐蛩匾鸬拇瑯蛳嘧彩鹿什母旧先p小事故發(fā)生的概率。主動(dòng)防撞系統(tǒng)通過(guò)對(duì)航行船舶的位置和航向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證船舶不會(huì)與橋梁發(fā)生碰撞。

基于交通管理的橋梁主動(dòng)防撞系統(tǒng)的原理可以概括如下：利用無(wú)線(xiàn)電、船載電話(huà)、雷達(dá)或者AIS基站等通信設(shè)備監(jiān)控正在航行中的船只，通過(guò)以上設(shè)備獲得的船舶的信息將被加以分析和處理后，反饋給目標(biāo)船舶，這些信息包括航行的路線(xiàn)是否偏離，航行的速度和方向以及船舶相互交行等。在2011年，基于視頻監(jiān)控技術(shù)的橋梁主動(dòng)防撞系統(tǒng)被提出，通過(guò)許多攝像機(jī)的依次架設(shè)，加上先進(jìn)的視頻分析技術(shù)，我們可以從視頻之中提取出船舶的具體位置、速度和目標(biāo)橋體的大小和形狀等，將數(shù)據(jù)加以整理綜合，運(yùn)用先進(jìn)的3D還原技術(shù)，將船舶和橋梁的具體情況在電腦之中進(jìn)行建模，可以有效的預(yù)測(cè)船舶穿過(guò)橋體的位置，當(dāng)可能有危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，監(jiān)管部門(mén)會(huì)及時(shí)向船舶發(fā)出信號(hào)，以告知其危險(xiǎn)，這樣一來(lái)就可以大大減小船撞事故發(fā)生的概率。

2.2 橋梁被動(dòng)防撞系統(tǒng)

雖然橋梁的主動(dòng)防撞系統(tǒng)可以有效的降低船撞事故發(fā)生的概率，但是它并不能完全的消除船舶撞擊橋梁事故的發(fā)生，所以被動(dòng)防撞裝置在橋梁的防船撞方面也是必不可少的。被動(dòng)防撞裝置包括護(hù)舷、繩索、木結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、新材料、樁方式、人工島方式等等。現(xiàn)如今在我國(guó)國(guó)內(nèi)使用較多的裝置主要是護(hù)舷方式、防撞套箱和群樁式。

1）護(hù)舷方式。目前，在行業(yè)內(nèi)普遍使用的護(hù)舷防撞方式是橡膠護(hù)舷方式，縱觀(guān)整個(gè)世界，全世界范圍內(nèi)主要有五種主要的橡膠護(hù)舷裝置，它們分別是充氣型、轉(zhuǎn)動(dòng)型、壓縮型、水壓型以及剪切型。在我國(guó)港口中，壓縮型和橡膠浮筒的使用率最高，以上這兩種裝置都能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和費(fèi)用較便宜的要求，加上效果好，所以它們?cè)谖覀儑?guó)家最受到歡迎。

2）防撞套箱。防撞套箱是我國(guó)使用次數(shù)最多的一種橋梁被動(dòng)防撞裝置，他利用套箱的彈性和塑性變形將船舶對(duì)橋梁的撞擊能量所吸收，減小船舶對(duì)橋梁的撞擊作用，因?yàn)樘紫渚哂幸欢ǖ膭偠龋梢匝娱L(zhǎng)船舶撞擊橋梁的時(shí)間，從而減小了撞擊時(shí)對(duì)橋墩所造成的巨大沖擊力。按照其結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)，可以分為固定防撞套箱和浮動(dòng)防撞套箱。對(duì)于橋區(qū)水位變化不大的橋梁，我們采用固定防撞套箱，對(duì)于橋區(qū)水位變化較大的橋梁，我們則采用浮動(dòng)防撞套箱。按照其材料組成分類(lèi)，我們可以將防撞套箱分為KFR復(fù)合材料防撞套箱、剛套箱和LTPU復(fù)合材料防撞套箱。

3）群樁式。在我國(guó)目前尚存在許多的舊橋，由于當(dāng)時(shí)橋梁的設(shè)計(jì)并未過(guò)多考慮船舶對(duì)于橋梁的巨大撞擊作用，導(dǎo)致其現(xiàn)在存在著巨大的危險(xiǎn)性。對(duì)于這些舊橋，它們的設(shè)計(jì)水平抗力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能承受得住船舶的撞擊力，采取必要的間接防撞措施將船撞危險(xiǎn)抵擋在橋墩之外就成了當(dāng)務(wù)之急。在我國(guó)，對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題的處理辦法一般是在橋墩外適當(dāng)距離修建幾個(gè)混凝土墩來(lái)保護(hù)橋墩免遭撞擊，不過(guò)，這些混凝土墩并不能很好的對(duì)橋墩起保護(hù)作用，它們無(wú)法抵抗船舶的側(cè)撞，同時(shí)，對(duì)于船舶的損害也特別大，容易造成船毀橋踏的情況發(fā)生，如果這艘船上裝有油類(lèi)或其他危險(xiǎn)品，這類(lèi)物品流入江河，將會(huì)造成難以想象的災(zāi)難。面對(duì)這樣的難題，我們就可以使用柔性群樁式防撞裝置。這種裝置不僅對(duì)橋墩具有很好的保護(hù)作用，特別是對(duì)于拱橋，同時(shí)又能保護(hù)船舶的安全性，保護(hù)財(cái)產(chǎn)及人身安全。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)地域?qū)拸V，環(huán)境差異變化較大，所以對(duì)于橋梁的防撞裝置的選擇切勿馬虎，而應(yīng)該因地制宜。對(duì)于每個(gè)地區(qū)，仔細(xì)研究其橋型、周邊地質(zhì)環(huán)境、航運(yùn)情況和交通量等，綜合考慮橋梁、水運(yùn)和航道的利益問(wèn)題，重要考慮通航船舶的噸位問(wèn)題，把它作為我們選擇橋梁防撞裝置的一個(gè)重要因素。對(duì)于項(xiàng)目資金充足或者極其重要的橋梁，可以采取主動(dòng)防撞系統(tǒng)和被動(dòng)防撞系統(tǒng)配合使用，選取各自合適的防撞裝置，可以保證橋梁安全性的最大化。當(dāng)然，大多數(shù)橋梁還是應(yīng)該根據(jù)自身情況選取適合自己的橋梁防撞裝置。隨著國(guó)家對(duì)于橋梁防船撞的重視，越來(lái)越多的更加有效并且經(jīng)濟(jì)的防撞裝置將會(huì)被研制出來(lái)，橋梁的安全性將得到進(jìn)一步的提升和保證。

參考文獻(xiàn)

[1]王君杰.橋墩船撞力時(shí)間過(guò)程概率模型[D].公路交通科技，2014（1）：82–88.

[2]戴彤宇.船撞橋及其風(fēng)險(xiǎn)分析[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2002.

[3]徐言明.基于模擬操縱的橋區(qū)水域船舶通航安全性研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.

[4]郭志軍.周掃式光電預(yù)警實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)[D].長(zhǎng)春：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2011.

作者簡(jiǎn)介

周秘（1993-），男，漢族，重慶市人，學(xué)生，工學(xué)碩士，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院建筑與土木工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：橋梁工程。