近日，南京長江大橋穿上“防撞甲”的消息

(資料圖片僅供參考)

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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(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要成就、中國橋梁建設(shè)的重要里程碑，具有極大的經(jīng)濟(jì)意義、政治意義和戰(zhàn)略意義，有“爭(zhēng)氣橋”之稱。

圖源：南京發(fā)布

然而，由于橋梁建設(shè)年代較早，隨著近年來長江航行的各類船舶從數(shù)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(fēng)險(xiǎn)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(hào)”貨船, 在下行準(zhǔn)備通過南京長江大橋過程中, 突然大角度轉(zhuǎn)向, 與六孔和七孔之間的橋墩發(fā)生碰擦, 并導(dǎo)致船體破損進(jìn)水, 最終貨船沉沒。

數(shù)據(jù)顯示：每年因船舶撞擊造成橋梁嚴(yán)重破壞甚至垮塌的重大事故都在發(fā)生，所導(dǎo)致的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)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(shù)萬元, 重則人員傷亡、損失以數(shù)百萬、數(shù)千萬甚至數(shù)十億美元計(jì), 大量的間接損失更是難以計(jì)算。

阿肯色河橋船撞事故

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嚴(yán)重船撞事故現(xiàn)場(chǎng)圖片

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

目前國內(nèi)外橋墩防撞設(shè)施種類較多

其基本原理是基于

能量吸收、動(dòng)量緩沖而設(shè)計(jì)的

每種防撞設(shè)施都有其特點(diǎn)和使用條件

具體來說

國內(nèi)外橋梁多采用人工島

群樁、橡膠護(hù)舷

鋼套箱等防撞結(jié)構(gòu)

減輕船橋碰撞的損失

防撞設(shè)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(jià)高昂。

群樁防撞

能減少船舶對(duì)橋墩的損傷，但是造價(jià)高，且撞損后難以修復(fù)，船舶毀損嚴(yán)重。

鋼箱防撞

一般安裝在承臺(tái)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(nèi)使用非常廣泛的一種防撞設(shè)施，但是其對(duì)船撞力削減幅度有限，自身剛度大對(duì)船舶損傷大，且需要定期維護(hù)。

橡膠護(hù)舷防撞裝置在港口和碼頭工程應(yīng)用已比較普遍，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低，可重復(fù)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(shè)施存在的諸多弊端，采用新材料設(shè)計(jì)開發(fā)新型防撞系統(tǒng)迫在眉睫。

近年來，針對(duì)傳統(tǒng)材料的局限性，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(FRP)受到了極大重視，除了具有輕質(zhì)高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)性好以及耐腐蝕等優(yōu)良性質(zhì)外，還具有良好的吸能性。

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

武漢鸚鵡洲長江大橋

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

防撞系統(tǒng)的內(nèi)、外筒為玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基樹脂復(fù)合材料, 具有良好的力學(xué)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(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

復(fù)合材料內(nèi)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(jié)性能, 緩沖能力較強(qiáng);內(nèi)筒填充的輕質(zhì)摩擦顆粒材料可有效提高內(nèi)筒剛度, 并能限制內(nèi)外筒變形, 保證其不發(fā)生較大變形而導(dǎo)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(chǎn)生的沖擊。圓形截面環(huán)形外觀設(shè)計(jì)可以讓船盡早滑離而帶走盡量多的剩余動(dòng)能。

因此，裝上這樣復(fù)合材料防撞設(shè)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(wǎng)

南京發(fā)布、新浪微博、百度等。

參考文獻(xiàn)：

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作者：杜天宇

審核專家：周三峰 南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院