梁受船舶碰撞的思考

1、橋梁受船舶碰撞的思考第16卷第1期2008年2月安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)JournalofAnhuiInstituteofArchitecture&IndustryVo1.16NO.1Feb.2008橋梁受船舶碰撞的思考蔡鍵,汪克來(lái)(1.安徽省交通科學(xué)研究所,合肥230011;2.杭州市市政設(shè)施監(jiān)管中心,杭州310003)摘要:綜述了國(guó)內(nèi)外重大的船撞橋?qū)嵗?有關(guān)研究的及進(jìn)展概況以及船撞橋的物理,力學(xué)特征,環(huán)境影響等內(nèi)容;針對(duì)如何減少船舶撞擊橋梁?jiǎn)栴}進(jìn)行了較深入的探討,通過(guò)對(duì)某一具體事故后橋梁的損傷檢查,得出了一些重要的結(jié)論,并提出一些新的見(jiàn)解.關(guān)鍵詞:船舶;橋梁;碰撞

2、;能量;力學(xué)模型;結(jié)構(gòu)損傷;經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中圖分類(lèi)號(hào):TU311.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10064540(2008)0100104AccidentsandLessonofshipbridgecollisionsCAIJian.WANGKe-lai.(1.Anhuiprovincialinstituteofcommunication,Hefei230011,China;2.HangzhouMunicipalFacilitiesSupervisionandManagementCenter,Hangzhou310003,China)Abstract:Introducesshipbridgecollis

3、ionofbothhereandabroad,explorethemethodandapproachtodecreaseaccidentratioandtoreducetherisk.Thecollisionforce,structuraldamage,andenergyabsorptioncapacitywerestudiedandinvestigatedindetail.Keywords:ship;bridge;collision;energy;simulationmodel;structuraldamage;accidentsandLesson1國(guó)內(nèi)外典型船舶撞擊橋梁事故船舶撞擊橋梁的事

4、故一直在不斷地發(fā)生,雖然不如汽車(chē)交通事故頻繁,但遠(yuǎn)比人們想象要多的多,而且船撞橋事故所導(dǎo)致的人員傷亡,財(cái)產(chǎn)損失更是驚人,動(dòng)輒以數(shù)百萬(wàn)計(jì)不說(shuō),大量的間接損失以及環(huán)境破壞更是難以估量1.世界上損失最大的船撞橋事故之一是1980年美國(guó)佛羅里達(dá)州橫跨泰姆伯灣的陽(yáng)光大橋被一艘空載35000t的貨輪號(hào)撞擊倒塌,35人喪生,船舶價(jià)值1300萬(wàn)美元,大橋價(jià)值是25000萬(wàn)美元.現(xiàn)在的陽(yáng)光大橋是重新修建的.再有1993年美國(guó)亞拉巴馬州莫比爾附近橫跨貝尤卡諾特的CSX鐵路大橋,被一個(gè)拖駁船隊(duì)嚴(yán)重撞擊.當(dāng)時(shí)正值霧天,該船隊(duì)誤駛?cè)肽葼柡拥膫?cè)航道,造成撞橋事故,使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大位移,恰好一列旅客列車(chē)從橋上駛過(guò),-大

5、橋即刻坍塌,列車(chē)出軌,47人喪生.人員傷亡較大的是1983年發(fā)生在前蘇聯(lián),一艘名為亞歷山大?蘇瓦洛夫號(hào)的客輪在烏里揚(yáng)諾夫斯克伏爾加河上通過(guò)一座鐵路橋時(shí),由于船長(zhǎng)粗心駕駛,致使船舶偏離航線(xiàn),從大橋的側(cè)跨駛過(guò),由于豎向凈空高度不足,船的上甲板室與橋的上部結(jié)構(gòu)相撞,使包括一個(gè)電影放映室在內(nèi)的上甲板室全部被切掉,176人喪生.另有一起也是發(fā)生在前蘇聯(lián),一艘名為亞尼山德魯?依凡諾夫的號(hào)客船與伏爾加河鐵路橋相撞,橋上的四節(jié)列車(chē)車(chē)廂落水,死亡人數(shù)達(dá)240多人,這是死亡人數(shù)最多的一次船撞橋事故.收稿日斯:2007-11-25基金項(xiàng)目:國(guó)家科技部計(jì)劃項(xiàng)目(20044A2Z414101).作者簡(jiǎn)介:蔡鍵(1955

6、),男,教授級(jí)高工,主要研究方向?yàn)橥聊竟こ?2安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第16卷其他地區(qū)如法國(guó)巴黎2001年一艘滿(mǎn)載乘客的游船在塞納河上,由于一塊漂木卡在了游船的螺旋槳里,導(dǎo)致主機(jī)熄火,而與路易斯一菲力普橋的橋墩相撞,造成6名游客受傷.英國(guó)sevem河的SEVERN鐵路橋,1960年兩艘裝油駁船鉤在一起,船側(cè)撞擊橋墩,造成一支撐墩,兩跨垮蹋,死亡5人.我國(guó)內(nèi)船撞橋事故也是頻繁發(fā)生.根據(jù)2002年的資料統(tǒng)計(jì),僅在長(zhǎng)江干線(xiàn)上,從1959年第一次記載武漢長(zhǎng)江大橋被船泊撞擊,就已經(jīng)陸續(xù)發(fā)生了近300多起重大船只撞擊橋梁事故.船只損失嚴(yán)重,橋梁也受到不同程度的損壞.其中武漢長(zhǎng)江大橋70余起,南京

7、長(zhǎng)江大橋約30起.近五年事發(fā)頻率,逐年增高.不久前廣東省佛山市九江大橋的一個(gè)引橋橋墩,被一艘偏離航道誤入非通航孔的運(yùn)沙船撞擊倒塌,被稱(chēng)為新中國(guó)成立以來(lái)最嚴(yán)重的船撞橋事件2.2船舶撞擊橋梁事故發(fā)生的原因根據(jù)資料統(tǒng)計(jì),無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,船舶撞擊橋梁事故最主要的原因都是行船操作人員失誤,約占78,因此非常有必要加強(qiáng)操作人員的職業(yè)技術(shù)與道德培訓(xùn).第二位原因是惡劣的自然環(huán)境,約占16.如潮汐,洪水對(duì)船撞橋事故有顯著的影響.據(jù)我國(guó)長(zhǎng)江干線(xiàn)船撞橋事故分析,洪水季節(jié)船撞橋事故明顯增多,事故率可達(dá)月均值的3倍左右.第三位原因是機(jī)械故障,約占6.另外船隊(duì)比單船更易發(fā)生撞橋事故,事故數(shù)量占總數(shù)的86.船撞橋事故更

8、多發(fā)生在能見(jiàn)度較差的情況下,與良好能見(jiàn)度情況相比,事故數(shù)量比約為8倍.受黑暗和城市燈光的影響,21:O0左右船撞橋事故較多3.以上諸多因素似乎是通過(guò)人的能力可以盡量減少或避免,然而除此以外還有一個(gè)不可忽略的因素,研究橋墩對(duì)水流的影響也是一個(gè)極其重要的課題.隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,跨江,跨海等大型橋梁的興建,橋墩引起工程區(qū)段水位,流場(chǎng)的變化,已極大地影響了河道行洪,航道通航.在架橋之前水域是船舶的航道,架橋后船舶航行條件發(fā)生了變化,船舶必須避開(kāi)橋墩,即使有些大橋橋位并不合理,航道也要改變.所以橋梁建設(shè)一定要考慮船舶通航,不是光遵守了橋梁規(guī)范就萬(wàn)事大吉.要從和諧的觀(guān)念出發(fā),選擇合理的建橋位置;建設(shè)完善的防撞

9、設(shè)施,既保護(hù)橋,也保護(hù)船舶和環(huán)境4.總之,無(wú)論是主觀(guān)原因還是客觀(guān)原因,船舶撞擊橋梁事故,造成的后果和影響都是相當(dāng)嚴(yán)重的,進(jìn)一步進(jìn)行這方面的分析研究是十分必要的.3船舶撞擊橋梁的計(jì)算船舶撞擊橋梁時(shí)的分析涉及許多因素,其中主要有船舶的質(zhì)量,航行速度,撞擊角度等,還包括大量的非彈性性能和非線(xiàn)性影響.在碰撞后的一瞬間,船舶運(yùn)動(dòng)可能包括橫搖,橫漂,搖首,縱傾,升沉和進(jìn)退等;橋梁則會(huì)發(fā)生彈性變形,剛性位移,表面損壞,內(nèi)部出現(xiàn)相對(duì)位移與損傷等一系列反映.然而這些都是無(wú)法統(tǒng)計(jì)與量化處理的,給撞擊后分析帶來(lái)巨大的困難,因此說(shuō)這種碰撞是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題.但無(wú)論碰撞過(guò)程如何的復(fù)雜,都必須遵循能量守恒定律,即撞擊前的撞

10、擊動(dòng)能等于撞擊后船體形變勢(shì)能與橋梁所吸收的能量之和.通過(guò)能量轉(zhuǎn)換,可求出撞擊作用力5.目前常用的撞擊作用力計(jì)算有如下幾類(lèi).我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范使用了質(zhì)量,速度函數(shù)式進(jìn)行計(jì)算:一wV(1)式中,P為平均撞擊力(根據(jù)實(shí)驗(yàn)最大撞擊力P約為P的二倍>,為船的排水噸位,為船速,為沖撞時(shí)間(無(wú)資料時(shí)取ls),g為重力加速度引.德國(guó)沃辛總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式:P一0.88/z(1±50)鄉(xiāng)一寺鄉(xiāng)(2)其中,.為碰撞初速度;M為彈簧質(zhì)量;伽為船舶的重量.4橋梁防撞的措施隨著橋梁設(shè)計(jì)理論的發(fā)展完善,橋梁防撞設(shè)施已成為橋梁整體結(jié)構(gòu)的一部分.在橋梁方案設(shè)計(jì)階段,就考慮橋梁防撞保護(hù)問(wèn)題,較為有利.

11、目前已有相應(yīng)的船舶碰撞的指導(dǎo)文件或規(guī)范,內(nèi)容包括碰撞概率分析,設(shè)計(jì)船舶的確定,碰撞力計(jì)算,船舶破損長(zhǎng)度的計(jì)算,防撞保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范等,可作為防撞設(shè)計(jì)參考_7.防撞設(shè)施的設(shè)計(jì)需要根據(jù)橋墩的自身抗撞能力,橋墩的位置,橋墩的外形,水流的速度,水位變化情況,通航船舶的類(lèi)型,碰撞速度等因素進(jìn)行.防撞設(shè)施一般應(yīng)滿(mǎn)足這些要求:(1)對(duì)碰撞的船舶能量進(jìn)行消能緩沖,使船舶不能直接撞擊橋墩,或使船舶碰撞力控制在安全范圍內(nèi).(2)防撞設(shè)施不能影響船舶的通航,占用航道范圍盡量少.(3)通過(guò)合理的結(jié)構(gòu),材料布置,盡量減少船舶的損傷.(4)防撞設(shè)施制造皮裝,維修經(jīng)濟(jì)方便,經(jīng)久耐用勵(lì)能可靠.經(jīng)過(guò)多年的研究應(yīng)用,世界上有多種

12、類(lèi)型的橋墩防控設(shè)施,每種防撞措施都有其特點(diǎn)和使用條件.如緩沖材料方式,緩沖設(shè)施工程方式,重力方式,樁方式,人工島,薄殼筑沙圍堰方式(或沉箱方式),浮體系泊方式,非結(jié)構(gòu)物防撞系統(tǒng)等.設(shè)置防撞結(jié)構(gòu)能有效地降低對(duì)橋墩的直接破壞.在碰撞過(guò)程中,防撞結(jié)構(gòu)能有效降低碰撞力峰值.同時(shí)可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)防撞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及剛度,從而可以限制橋梁在碰撞中受到的最大碰撞力載荷.碰撞過(guò)程中碰撞能量主要被防撞結(jié)構(gòu)和撞擊船的變形能的形式吸收.防撞結(jié)構(gòu)通過(guò)自身結(jié)構(gòu)的塑性變形大量地吸收碰撞能量,從而消除傳遞到橋墩上的沖擊力或使其減小到非破壞水平,并對(duì)撞擊船起到一定程度的保護(hù)作用.5某橋梁受撞擊后的觀(guān)察一貨輪空載排水量400t

13、,逆水航速3km/h,船艏偏左側(cè)部位直接撞擊大橋主橋2號(hào)橋墩下游側(cè)墩柱,碰撞方向接近對(duì)直撞擊.橋區(qū)水流速度0.76m/s,水流量是41500m./s.橋梁受撞擊后;組織力量檢測(cè)發(fā)現(xiàn),該橋墩已受多次撞擊主橋1號(hào)墩采用雙柱柔性墩設(shè)計(jì),蓋梁為1960×330cm,引橋側(cè)共8橡膠支座,支座墊石尺寸為60×55cm,橡膠支座采用45×30cm,T梁底部鋼板尺寸為45×86.8cm(測(cè)試數(shù)據(jù)).橡膠支座橫橋向中軸線(xiàn)距蓋梁邊為53.5cm,上,下游兩側(cè)第一個(gè)支座縱橋向中軸線(xiàn)距蓋梁側(cè)邊為73.5cm,兩個(gè)橡膠支座間距為259cm.主橋側(cè)共2個(gè)盆式支座,支座墊石尺寸為11

14、0×ll0cm.引橋側(cè)的防震擋塊除y支座上游側(cè)一個(gè)完好外,其它擋塊均以破碎.主橋側(cè)盆式支座:上游側(cè)的單向支座,頂板的上游側(cè)面鋼板與頂面鋼板斷裂,合肥端間距為1.4cm,銅陵端間距為0.7cm.伸縮裝置形式為萬(wàn)寶鳥(niǎo)式,主橋1號(hào)墩處伸縮裝置共8片中梁.8根梁中線(xiàn)位置均斷裂,其_中1號(hào)邊梁斷3處,4號(hào)中梁斷3處,5號(hào)中梁斷2處.除上游第一個(gè)支座擋塊之外其余支座擋塊都折斷;而且主梁上游邊緣在支座內(nèi)側(cè)3.75.4cm,表明主梁可能整體向下游橫向移動(dòng);上游4根主梁懸出支座部分增長(zhǎng),下游4根主梁懸出支座部分縮短,表明主梁繞橋支座群中點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).簡(jiǎn)支T梁活動(dòng)支座端,逆撞擊方向出現(xiàn)微量移動(dòng).小船舶長(zhǎng)

15、達(dá)十余年的海量撞擊,累積至今,導(dǎo)致了T梁的大尺度位移.由于船舶短暫撞擊時(shí),橋墩連同與橋墩拴接的各個(gè)構(gòu)件向上游微量移動(dòng);而滑動(dòng)支座上的T梁因慣性使其運(yùn)動(dòng)滯后,不能及時(shí)隨支座移動(dòng),二者產(chǎn)生相對(duì)滑移.橋墩連同與橋墩拴接的各個(gè)構(gòu)件橫向剛度較大,還要微量彈性回彈.如果不能或只能部分克服滑動(dòng)支座起動(dòng)靜摩擦力,T梁與支座的移動(dòng)偏差將全部或部分保留.該次撞擊對(duì)橋梁總體安全不大,船的總動(dòng)能為385.80kNm,減速去船的總變形能則得出由沖擊過(guò)程傳至橋墩的能量,約為40.47kNm.橋墩按細(xì)桿計(jì)算,長(zhǎng)度為40.32m,直徑0.280m,下端作固定,上端為鉸支承.?沖擊中心距上端為17.Im,按最大(下轉(zhuǎn)第26頁(yè))

16、26安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第16卷3.3門(mén)窗工程安裝質(zhì)量的控制鋼窗安裝質(zhì)量的控制重點(diǎn)有兩點(diǎn),一是鋼窗進(jìn)場(chǎng)合格證,產(chǎn)品試驗(yàn)報(bào)告及外觀(guān)的檢查;二是鋼窗和固定鋼窗的立柱之間的間隙控制.先施工固定鋼窗的立柱,對(duì)有可能出現(xiàn)鋼窗與立柱之間縫隙過(guò)大或鋼窗安不上.在監(jiān)理過(guò)程中,要求施工單位先固定鋼窗一邊的立柱,待鋼窗完全固定就位后再焊接另一邊的立柱,這樣保證鋼窗與立柱之間無(wú)縫隙.5結(jié)束語(yǔ)鋼結(jié)構(gòu)工程的施工在我國(guó)較晚起步,在鋼結(jié)構(gòu)工程施工監(jiān)理過(guò)程中,要真正發(fā)揮工程監(jiān)理的作用,監(jiān)理工程師不僅要做好各分項(xiàng)工程的工序驗(yàn)收工作外,還要加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)督檢查,這樣才能保證鋼結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量.參考文獻(xiàn)4壓型彩

17、板安裝質(zhì)量控制壓型彩板進(jìn)場(chǎng)后,要進(jìn)行外觀(guān)和合格證的檢查,并復(fù)核與壓型板施工安裝有關(guān)鋼構(gòu)件的安裝精度,清除檁條安裝時(shí)的焊縫藥皮和飛濺物,并涂刷防銹漆進(jìn)行防腐處理.彩板安裝時(shí),要按墻面進(jìn)行排版,從一端開(kāi)始進(jìn)行,板與板之間必須咬緊,再用螺釘固定,墻板接縫處做好防水處理.(上接第3頁(yè))集中力873.24kN分析.計(jì)算結(jié)果最大拉應(yīng)力1.55MPa,位于下端固定點(diǎn);最大位移0.48cm,為沖擊中心處.但是通過(guò)對(duì)全橋的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),被撞橋墩及附近構(gòu)件受到明顯的宏觀(guān)影響,有相當(dāng)一部分已偏離原始位置.說(shuō)明長(zhǎng)期小規(guī)模的撞擊,對(duì)橋梁安全而言,也是不可忽略的_8.6結(jié)束語(yǔ)為確保橋梁的安全,對(duì)發(fā)生船舶碰撞事故可能性較大或多

18、次發(fā)生碰撞的橋墩應(yīng)該加以防護(hù),以使碰撞受損的危險(xiǎn)減至最小,建議在合適的條件下安裝橋墩保護(hù)設(shè)施或防撞消能設(shè)施.對(duì)已被碰撞的部位進(jìn)行處理.應(yīng)加強(qiáng)橋區(qū)水上船舶航行安全的監(jiān)測(cè)管理.對(duì)橋區(qū)水域的導(dǎo)航,助航等保證船舶安全通過(guò)橋區(qū)的設(shè)施,進(jìn)行妥善管理,對(duì)于操船者應(yīng)加強(qiáng)宣傳,教育,嚴(yán)格執(zhí)行水上交通規(guī)則等管理措施.橋墩受到多次撞擊可能會(huì)引起支座與主梁的錯(cuò)位,使伸縮縫的變形不協(xié)調(diào),嚴(yán)重的會(huì)使伸縮縫斷裂,給橋梁結(jié)構(gòu)和車(chē)輛的行駛埋下安全隱患.說(shuō)明橋梁下部受撞擊,其他構(gòu)件可能也會(huì)有所反映,陳建平.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量控制M.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2007.謝紹志.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收與事故分析處理M.合肥:安徽音像出版社,2004.胡松.淺談鋼結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量監(jiān)理J.安徽建筑,2007(5):15716o.(責(zé)任編輯:陳玲)為今后檢測(cè)工作提出新的思維方式:結(jié)構(gòu)局部損壞的根源應(yīng)該在何處,怎樣尋找結(jié)構(gòu)損傷的原因?參考文獻(xiàn)1戴彤宇,聶武,劉偉力.長(zhǎng)江干線(xiàn)船撞橋事故分析J.中國(guó)航海,2002,53(4):4447.2王長(zhǎng)虎.橋梁安全事故淺析及其防治對(duì)策研究J.北方交通,2007(03):5254.3嚴(yán)仁軍,李嶸,王勇,等水路航運(yùn)與橋墩防撞研究