桥墩防撞结构的初步研究

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1、桥墩防撞结构的初步研究摘要：现如今，经济、交通运输业迅猛发展，各地区交流日益频繁。桥梁是道路交通的重耍组成部分。近年来船舶撞击桥墩事故时有发生，因此对桥墩防撞结构研究十分必要。防撞结构通过能量吸收，动量缓冲，带动周围水流运动从而消耗能量。主要目的是保护桥墩，减轻破坏到桥墩可承受范闱之内。关键词桥墩防撞原理防撞结构中图分类号：TU74文献标识码：A随着各地区间交流口渐频繁，道路交通设施不断完善，我国修建了大量跨海、跨江大桥。许多大桥修筑在有通航要求的河道上，近些年来船舶撞击桥墩事故时冇发生，冇些甚至造成重大安全事故。撞击后桥墩安全性,耐久性受到不利影

2、响，最令人担忧的是由此埋下的事故隐患。一般情况，有通航要求的地区考虑成本影响，桥墩截面不会设计的很大，因此其抗冲击性能欠佳。加之虽然各流域桥墩有防撞设计标准，但通航量，船舶吨位，天气情况，水位高低等客观因素变化，导致其防撞标准和实际情况冇差距。其次许多桥梁修建于上世纪，与目前相比，通航量，船舶吨位都相差很人，桥墩防撞性能已不满足目前现实情况。此外，河道内大量采砂，水流冲刷使得河床不断下降，原来埋在地下的桥墩基础，逐渐裸露出來，从一方面降低桥墩的防撞能力。如何做好桥墩防撞工作显得极为重要。防撞结构是桥墩和船舶直接作用的部分，其作用在于保护桥墩，研究表

3、明它应满足以下几点要求：（1）设计成合理大小、形状，不妨碍通航要求；（2）适应水位不同季节变化耍求；（3）消耗能量效果显著；（4）撞后恢复方便，能够多次使用；（5）防撞层与桥墩连接良好，避免大面积刚性接触。（6）安装运输方便，价格合理；随着桥墩防撞问题的深入研究，各式各样的防撞结构也先后出现，根据保护结构型式不同，归纳起来主要可分为以下几类。（1）浮体式保护结构（如图1）,目前广泛采用，是漂浮在水面上的保护结构。能抵挡船舶高能撞击，造价合理，能布置在航道内水较深的桥位处。如二七长江大桥采用由内外两层钢浮箱构成的防撞保护结构，湛江海湾大桥釆用了由钢箱

4、体和橡胶护舷组成的柔性双浮体式桥墩防撞结构，船舶撞击桥墩，利用自身产生的弹力迫使船头行驶方向改变，避免船舶和桥墩的止面撞击。其防撞基木原理为，通过变形破坏吸收能量，缓冲动能，并通过防撞结构与桥墩表面的接触，将船舶产牛撞击压力较均匀、合理的传给桥墩,以及碰撞后结构带动周围水流运动达到消能日的。同时借助材料自身弹性和低应变速率优异性能，通过恢复变形过程形成反推力对船舶做功，达到进一步消能及增加接触时间缓冲动量目的。利用水流产生阻力构成的与船撞运动方向相反的水流阻力功。浮体式保护结构制造安装较为方便，占用空间较小，造价较低，适用范围较为广泛，但一般防撞采

5、用的钢浮箱，时间长了易锈蚀，以及拉拽浮箱的钢丝绳容易腐蚀，需要足期维修。图1（2）围堰式保护结构，是通过在桥墩周围筑造围堰结构，围堰内部充填材料。分为一般I韦1堰结构和薄壳充沙I韦I堰结构，如通川桥采用舸堰结构,广州洛溪大桥釆用薄壳冲沙围堰结构。其防撞基本原理为，通过撞击造成桥墩周围围堰的破坏,达到消耗能量的作用。薄壳筑沙围堰是针对人型船舶设计的，独立于墩身布置，受到撞击时，锚固在河床钢板桩拔出，围堰和船舶构件屈曲变形，破裂和崩溃，围堰内填充材料外泄，达到吸能消能H的。围垠式保护结构，具冇相当大的吸收撞击动能的能力，造价相对较低，施工简便，薄壳筑沙

6、围堰是十分出色的防撞保护结构之一。但围堰工程修筑适合安排在枯水季节，结构体积较大，影响通航的顺畅，（3）人工岛式保护结构（如图2）,顶部通常在水面以下，有平缓的斜坡，常需要与桥墩一起建造，可施工时砂岛改建。如香港汀九桥和青马桥采用了人工岛式保护结构。工作原理是使船舶被迫搁浅，保护桥墩。人工岛式保护结构，造价低廉，使用寿命长，基木不需要维修，使用较广泛，但其要求河床基础良好，能承受巨大自重，限制了适用范围，且其提供刚性保护，对船舶造成较大损害，此外占用航道，压缩水断面，加剧水流对河床的冲刷。图2桩群式保护结构，由斜桩或直桩组成，甚至可以将多根单桩合成

7、一根桩，桩顶部相互联接（如图3）。如皋市沿江公路引河人桥和荆州长江大桥釆用了桩群式防撞保护结构。防撞原理利用桩群联合弹性变形缓冲吸收船舶撞击作用。桩群式保护结构具有较高柔性，撞击后较好保护船舶，其对水域大小,深浅要求不高。但它能量吸收性不高，并且维修困难。图3（5）缓冲材料保护结构，将缓冲材料附着在桥墩周围。如泡沫铝桥墩防撞保护结构，其重量轻，兼有金属和泡沫的特性，具有优越性能。原理为依靠结构或者自身的恢复弹性变形的能力耗散撞击能量，同时利用自身弹性和柔度，延长撞击时间，减小撞击力。缓冲材料保护结构，占用空间比较小，安装维护容易，对桥墩所处的水域环

8、境要求不高。但其吸能能力较弱。（6）重力式保护结构，该方式由重物及其支撑结构组成，防护的主要机理是通过船舶撞击力产生摩擦力