近日，南京長江大橋穿上“防撞甲”的消息

(資料圖片僅供參考)

登上熱搜

看似穩(wěn)固的大橋也需要防撞措施嗎？

“防撞甲”的原理是什么？

南京長江大橋于1968年建成通車，是長江上第一座由中國自行設計和建造的雙層式鐵路、公路兩用橋梁，在中國橋梁史和世界橋梁史上具有重要意義，是中國經濟建設的重要成就、中國橋梁建設的重要里程碑，具有極大的經濟意義、政治意義和戰(zhàn)略意義，有“爭氣橋”之稱。

圖源：南京發(fā)布

然而，由于橋梁建設年代較早，隨著近年來長江航行的各類船舶從數量和噸位上都在不斷增加，航線也愈發(fā)密集，難免引起船橋碰撞，橋墩遭受船舶碰撞風險不斷增大。

如2013年5月12日, 一艘山東威海籍載有12539t石灰石的“鑫川8號”貨船, 在下行準備通過南京長江大橋過程中, 突然大角度轉向, 與六孔和七孔之間的橋墩發(fā)生碰擦, 并導致船體破損進水, 最終貨船沉沒。

數據顯示：每年因船舶撞擊造成橋梁嚴重破壞甚至垮塌的重大事故都在發(fā)生，所導致的人員傷亡、財產損失以及環(huán)境破壞是驚人的。很多船撞橋事故輕則損失數萬元, 重則人員傷亡、損失以數百萬、數千萬甚至數十億美元計, 大量的間接損失更是難以計算。

阿肯色河橋船撞事故

九江大橋船撞事故

太陽埠大橋船撞事故

金塘大橋船撞事故

嚴重船撞事故現場圖片

為了避免或減小船橋碰撞帶來的損失，防撞設施被增設在南京長江大橋的橋墩上就顯得尤為必要。

目前國內外橋墩防撞設施種類較多

其基本原理是基于

能量吸收、動量緩沖而設計的

每種防撞設施都有其特點和使用條件

具體來說

國內外橋梁多采用人工島

群樁、橡膠護舷

鋼套箱等防撞結構

減輕船橋碰撞的損失

防撞設施

人工島防撞

雖能避免船舶直接撞擊橋墩，但占用了較多航道，造價高昂。

群樁防撞

能減少船舶對橋墩的損傷，但是造價高，且撞損后難以修復，船舶毀損嚴重。

鋼箱防撞

一般安裝在承臺或橋墩周圍，主要靠鋼材的塑性變形和破損來吸收撞擊能量，是國內使用非常廣泛的一種防撞設施，但是其對船撞力削減幅度有限，自身剛度大對船舶損傷大，且需要定期維護。

橡膠護舷防撞裝置在港口和碼頭工程應用已比較普遍，安裝方便，維護費用低，可重復使用，但是其吸收的碰撞能量少，難以抵御大尺寸船舶正向撞擊。

鑒于傳統(tǒng)防撞設施存在的諸多弊端，采用新材料設計開發(fā)新型防撞系統(tǒng)迫在眉睫。

近年來，針對傳統(tǒng)材料的局限性，纖維增強樹脂基復合材料(FRP)受到了極大重視，除了具有輕質高強、可設計性好以及耐腐蝕等優(yōu)良性質外，還具有良好的吸能性。

復合材料防撞設施可以有效減少碰撞對橋梁和船只的損傷，具有船-橋雙向保護的顯著優(yōu)勢。越來越多的跨江跨海大橋選擇了這種先進的復合材料作為橋梁的防撞設施。

武漢鸚鵡洲長江大橋

以圓形截面復合材料防撞系統(tǒng)為例，其主要由復合材料外筒、內筒、內外筒之間的聚氨酯彈性粘結材料以及內筒內部填充的輕質摩擦顆粒材料組成。

防撞系統(tǒng)的內、外筒為玻璃纖維增強乙烯基樹脂復合材料, 具有良好的力學性能，可以承受來自船只撞擊的巨大沖擊力，并且具有耐海水腐蝕環(huán)境和免維護的優(yōu)點。

復合材料內外筒之間填充的聚氨酯彈性材料, 具有較高的抗剪和界面粘結性能, 緩沖能力較強;內筒填充的輕質摩擦顆粒材料可有效提高內筒剛度, 并能限制內外筒變形, 保證其不發(fā)生較大變形而導致破裂, 并通過摩擦擠壓消耗大量撞擊能量，能夠有效緩和來自船只撞擊產生的沖擊。圓形截面環(huán)形外觀設計可以讓船盡早滑離而帶走盡量多的剩余動能。

因此，裝上這樣復合材料防撞設施的跨江跨海橋梁也就擁有了“金鐘罩”。

圖片來源：央視新聞客戶端、中國政府網

南京發(fā)布、新浪微博、百度等。

參考文獻：

[1]趙凡,方海,梁志雯,祝露,韓娟,王盛.纖維增強橡膠復合材料軟體系統(tǒng)船撞吸能試驗與模擬[J].西安建筑科技大學學報(自然科學版),2022,54(02):184-190.DOI:10.15986/j.1006-7930.2022.02.004.

[2]方海,王健,祝露,劉偉慶.武漢鸚鵡洲長江大橋中塔墩防船撞裝置研究[J].橋梁建設,2020,50(01):20-25.

[3]方海,鄧向陽,鄧成剛,王立新,劉偉慶,吳志敏.橋墩采用新型復合材料防撞設施技術研究[J].中外公路,2014,34(04):148-153.DOI:10.14048/j.issn.1671-2579.2014.04.037.

[4]劉偉慶,方海,祝露,韓娟,吳志敏.船-橋碰撞力理論分析及復合材料防撞系統(tǒng)[J].東南大學學報(自然科學版),2013,43(05):1080-1086.

END

作者：杜天宇

審核專家：周三峰 南京工業(yè)大學土木工程學院