目的及意义

交通是国民经济的大动脉,其中陆运和水运占举足轻重的地位,而两者都离不开桥梁。江河湖海是船只的航行通道,但对陆上交通则是天然障碍,于是促进了桥梁的建设桥梁是行人车辆跨越水流的通道,但对船只航行则是人工障碍。于是,船和桥梁相撞的事故不断发生,古已有之,于今为烈。在我国,一方面航运繁忙的河流上己修建了大量的桥梁,并计划修建更多的桥梁。另一方面,船舶的尺寸和排水量趋于大型化,桥梁受到船舶撞击的事故也就日益增多。这类事故往往导致桥塌、船沉、人亡,水陆运输干线中断及环境污染等严重的社会和经济恶果。

国际桥梁与结构工程协会曾经记录了1960年至1993年国际上发生的29起船舶碰撞桥梁的重大的事故。在美国,Sunshine shyway桥就是由于船舶撞击而倒塌。在我国,仅武汉长江大桥(后称武汉长江一桥),自1958年建成到1999年共被撞70次,其中除3次因桥梁的高度小于船舶的高度而撞到钢梁外,其余67次均撞在桥墩上。2002年5月20日,美国oklahoma州40号州际公路的阿肯色河桥被两艘空载驳船与一艘顶推船组成的驳船队撞塌。近期的船撞桥事故也给我们敲响了警钟。2007年6月15日凌晨5时10分,国道325广东的九江大桥发生船撞桥事故。南杜机035号船舶偏离航道,误入非通航孔,直接撞击到23号桥墩,该船产生的横桥向撞击力远大于设计该桥墩允许的400吨横桥向撞击,导致四孔非通航孔桥坍塌的事故,同时致使未坍塌的相邻孔出现严重损伤。2007年3月29日12时45分左右,在江苏省昆山市大洋桥水域,一艘货船因避让船只,撞上大洋桥桥墩,致使大桥部分桥面发生坍塌。船舶运输的发展使得现在的通航船舶开始变得愈来愈大、愈来愈快、愈来愈多,同时桥区环境的改变,如流速、风速、弯道、冲刷、淤积、潮位等,也会影响着船舶的正常航行,船撞桥墩事故的发生是难以完全避免的。船舶一旦撞击桥墩,墩身将承受巨大的撞击力。如果按能承受船舶最大正撞力来设计桥梁桥墩,则这些构筑物将硕大无比,影响航道的通航能力如果将桥墩避开航道,则导致桥梁跨度增大,桥型改变,增大投资,带来施工、设计上的困难。

现今,各种规范对船桥碰撞大多根据经验公式进行计算。由于实际航道上的航行船舶类型及尺度离散性很大,桥墩型式也各有不同,计算结果与实际常有较大的差距,因此进行更细致的船桥碰撞动力学理论分析及计算,对于碰撞力的确定和防撞措施改进与效能提高都十分必要。船桥碰撞往往会造成桥损、船沉、人亡、货物泄漏和水路运输干线长期中断等严重后果,重建桥梁和疏通航道的费用十分惊人,所以,无论是从安全上、经济上、还是从环境保护上来看,船桥碰撞及桥墩防撞设施研究都具有极大的现实意义。

国内外研究现状

对船撞桥的有关研究工作早在上个世纪60年代末就已有开展了,但仅局限于少数几个国家,并且在最初的十几年当中进展非常缓慢。直到1983年,国际桥梁和结构工程协会 IABSE( InternationalAssociation for Bridgeand StructuralEngineering)在哥本哈根举行了一次以船撞桥合理设计与分析为专题的国际研讨会,这是国际上第一次以此为专题进行的专门研讨。这次哥本哈根会议标志着船撞桥问题在世界范围内得到了广泛重视,使船撞桥问题的研究步入了一个较快的发展时期。

70年代末开始,尤其是80年代后期,一些技术咨询公司和研究机构,包括开普公司(CAP- Consult)、茂盛公司( Maunsellamp; artners)、科威公司( COWI Consult)、

摩吉斯基公司( modjeskaamp; Masters)等,先后对丹麦大带桥、澳大利亚塔斯曼桥、美国的阳光大桥、直布罗陀海峡大桥以及路易斯安那州水道上的桥墩开展了船撞桥问题的专项研究,并取得了一些重要的研究成果。

在美国,1980年发生的阳光大桥被撞塌事件成为一个历史性的转折点。在此之前,美国并不十分重视船撞桥的有关问题,开展的研究也较少。阳光大桥撞塌事件唤醒了各界对横跨通航水域桥梁安全的重视,并由此次惨剧引发了一个由美国11个州和美国联邦公路局( FHWA-FederalHighwayAdministration)共同投资开展的研究项目,美国 Moffat and Nichlo工程师事务所的诺特( Knott. M.A)等人参加了研究工作,并陆续有成果发表。这项研究工作最显著成果就是在此基础上,于1991年形成了美国第一部指导性规范—-《船舶碰撞公路桥梁设计指南》( GuideSpecification andCommentary for Vessel Collision Design of highwayBridges),该文件由美国各州公路和运输官员协会 AASHTO正式出版。这是第一部受到普遍认可并具有指导意义的桥梁船撞设计规范。目前该规范的有关内容已被改写进《美国公路桥梁设计规范》( AASHTO- LRf D Bridge DesignSpecifications)简称LRF规范的有关章节,并成为桥梁工程师进行桥梁防撞设计的实用性规范。