桥梁被动防船撞措施研究综述

桥梁被动防船撞措施研究综述
摘要：文中针对桥梁被动防船撞装置的研究总结，主要介绍了梁被动防船撞
装置的研究概况，对被动防撞设施进行了系统的分类和评述，分析了不同类型防
撞装置的性能特点以及适用环境，提出了不同通航等级下，如何选择桥梁防撞装
置的一些思路。

关键词：桥梁；船舶；防撞
随着经济发展，我国各类大桥越来越多，因船舶撞击诱发的桥梁垮塌事故越
来越多，故加强桥梁防撞保护具有重要意义。

近10余年来的统计资料表明，世
界上发生的船桥碰撞重大事故已有100多起，造成严重生命财产损失。

碰撞事故
不仅降低桥梁的使用寿命、安全性、抗震能力，甚至会造成桥毁人亡的重大惨剧。

本文从被动防撞的角度对桥梁防撞设施进行分类，并介绍了几种国内常用的被动
防撞设施，分析其性能特点和适用条件，从而对如何选择合适的桥梁防撞装置提
出一些思路和建议。

1桥梁被动防船撞设施
由于主动防船撞装置无法完全避免船舶撞击的发生，故被动防撞系统在桥梁
防撞领域有着不可替代的作用。

目前在国内使用得较多的防撞装置有护舷方式、
防撞套箱和群桩式。

1.1防撞护舷
橡胶护舷是世界上使用得比较多的一种护舷防撞方式。

我国各港口采用的护
舷大部分为压缩型和橡胶浮筒。

但橡胶护舷存在着高温易老化的缺点，在安装上
也存在诸多不便，如果采用预安装，容易造成安装不精准，如果在桥墩完成之后
进行打孔安装，则容易损伤桥墩墩体。

随着新型材料的开发，力拓桥科开发出了
纤维复合材料（KFR）护舷，通过“自适应”曲面的施工工艺，避免预埋件带来
的安装不便以及橡胶容易高温老化的问题。

防撞护舷的优点是结构简单，维修费用低，作为直接抵御船舶撞击的防撞设施，在受到小吨位船舶撞击时防护效果不错。

但对于大吨位船舶的撞击却无法满
足吸能要求，橡胶护舷不能抵御这种吨位船舶的撞击。

此外，当水位落差比较大
的情况下，桥墩上需要安装的护舷就比较多，费用较高。

1.2消能防撞套箱
消能防撞套箱是现在我国使用的最多的一种桥梁防撞装置，主要依靠套箱的
刚性和柔性变形来吸收船舶撞击能量，因为套箱具有一定的刚度，从而延长了撞
击时间，减小了传递到桥墩上的撞击力。

从结构形式上，可以分为固定式消能防
撞套箱和浮式消能防撞套箱。

材料组成上，可以分为钢套箱、KFR复合材料防撞
套箱和LTPU复合材料防撞套箱。

固定式消能防撞套箱适用于桥区水位变化不大
的桥梁，浮式消能防撞套箱则适用于桥区水位变化幅度较大的情况。

典型的刚性
防撞装置有浮式钢套箱和混凝土套箱，其依靠自身和船舶“两撞俱损”的破坏性
变形来吸收船舶撞击能量，桥墩易受到硬性撞击伤害，船桥碰撞力过大更会损坏
燃油舱或液货仓舱壁，导致燃油或化学品泄露，造成船毁人亡、桥毁人亡、污染
整个海洋环境等严重后果；现代船桥防护理念从“只注重保护桥墩”转变为“船
桥和谐防撞”和“人性化保护”，显然柔性防撞装置更能符合时代发展的需求导向，下面就桥梁柔性防撞技术的研究现状以及材料组成上对以上３类套箱进行详
细描述进行分析。

1.2.1柔性防撞设施
陈国虞设计了一种“三不坏”桥墩防撞装置，如图1所示。

撞击时船舶带动
防撞装置产生较大的位移及很小的撞击力，后者在移动过程中还能带动船头转向，船舶带着大部分动能驶向别处而不与防撞装置进行能量交换，保护了装置从而能
够反复使用。

图1 “三不坏”防撞装置俯视
弹性防撞元件受撞击后不消耗能量，回弹时对船舶造成损伤，弹塑性元件碰
撞时耗能但自身无法恢复到撞前形状，造成高昂的维修成本。

针对这个问题，陈
国虞等设计了一种由钢丝绳圈和橡胶复合而成的固态粘性防撞装置。

整个防撞装
置分为防撞圈、外钢围和内钢围三部分，该装置通过串并联使得多个防撞圈共同
起作用，通过自身的大变形来大量消耗船舶动能，材料的本构关系类似于湿面团，这使得撞击力的升降都变得缓慢，能有效地保护船舶和桥墩。

1.2.2纤维复合材料防撞套箱
由于单纯钢材单位材料吸能率较低，且力拓桥科开发了高分子缓冲吸能材料
和KFR复合材料组成的自浮式复合材料消能防撞套箱。

该新型复合材料具有强度高、韧性好、耐高温的特点。

其吸能效果可以达到60%~80%，最大程度地减小船
舶对桥墩的撞击力并保护船舶。

并且KFR复合材料层压薄板的韧性是钢的3倍，
经得起反复撞击。

但由于KFR复合材料防撞套箱的整体刚度较小，在受到较大的
船舶撞击力时自身破坏严重，使后期维护成本较高，因此一般用于撞击船舶载重
吨在500t以下桥墩防撞。

1.2.3LTPU复合材料防撞套箱
为了解决钢结构单位吸能率低和KFR材料刚度低的问题，力拓桥科研发LTPU
复合材料效能防撞装置。

该结构是把吸能弹性体心注入2层钢板之间并与钢板内
表层粘接而成的复合材料夹层结构。

LTPU复合材料夹层结构具有比强度高、比强
度大、减振、抗锈蚀能力强、抗冲击性、抗破损性和局部抗弯曲能力优异等特点，LTPU复合材料夹层系统和传统的单一使用钢板制作的防撞套箱相比，夹层板套箱
由于其更轻质、更耐撞击而具有明显的优势，可以大量预制，不需要太多的桁架
支撑，从而大大减少焊接工作量，极大程度增强了抗疲劳性能。

并且由于更大的
弯曲刚度，减少了板的局部弹性屈曲。

2结语
本文从通航船舶吨位和桥墩防撞需求出发，通过对上述几种国内主要的防撞
装置性能特点的分析，提出以下建议。

对于通航等级较低的航道，考虑成本问题可以采用KFR复合材料防撞装置。

而对于重要的特大桥梁，由于撞击船舶吨位较大，为了能够吸收船舶动能建议采
用LTPU复合材料夹层系统防撞装置。

对于桥墩自身抗撞能力非常弱的桥梁，如
旧桥或薄壁墩，即使防撞设施吸能80%以上仍无法满足抗撞要求，需要考虑间接
构造的防撞装置（如柔性群桩）。

对于异型桥墩可以采用自适应伸缩机构防撞装置，满足水位变化上下浮动引起的桥墩变截面变化的问题。

复合材料秉持“三不坏”防撞理念，在保护船舶的同时提升装置的整体防撞性能，又能节约成本，是
桥梁防撞应用领域的新趋势，如果能够进一步强化关于新型防撞装置的试验研究，更直接地呈现碰撞对结构物造成的损伤，并以此为依据探讨防撞装置的防撞性能，该领域很有可能得到长足的发展。

参考文献
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