武汉理工大学研究生期末考试试卷课 程：桥梁概念设计 题 目：国内外船撞桥事故的研究与防护学 生： 刘赞学 号：10497214016382014年 12 月 22 日前言桥是国家公路、铁路交通命脉的咽喉，中华人民共和国成立以来，特别是改革开放之后的时间中，新建桥梁规模之大、数量之多、速度之快，举世瞩目。但同时货物的运输量53%是通过水路，靠船舶运输，尤其是在外贸中，这个比例达到90%。于是船舶越来越多、船舶吨位越来越大，有些吃水深船体大的海船是无法进入我国大部分内陆河流的，不得不靠吃水较浅、吨位在5001000t左右的机动驳船来分散驳运。于是内河上的运输船舶也就越来越多。虽然船舶通过航道进入桥孔下通过时，都没有航道标志和航标灯等警示装置，但由于种种原因，还是有船舶撞到了桥梁，并造成了财产和人员的伤害。根据各种相关资料文献的介绍，船撞桥事故在世界各地一直不断的在发生，船撞桥事故的频率比我们想象的更经常；由船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环境破坏是惊人的。很多船撞桥事故轻则损失数万元，重则人员伤亡、损失以数百万、数千万甚至数十亿美元计，大量的间接损失更是难以计算。况且，人的生命是无价的，牵扯到人员伤亡的事故更是令人痛心。所以我们应加强对这方面的研究，并争取找到更好的防范方法减少船撞桥事故的发生。关键词：船舶；桥梁；船撞桥；事故1 国外典型船撞桥事故世界上损失最大的船撞桥事故之一是美国的阳光大桥被撞事件。1980年，美国福罗里达州横跨泰姆伯（Tampa）湾的阳光大桥被一艘空载的35000t载重的散装货轮M/V Summit/Venture号撞击而倒塌，事故中35人丧生，船舶价值1300万美元，阳光大桥的价值是25000万美元，损失巨大，该桥后又重新修建。阳光大桥被撞毁情形1993年，美国亚拉巴马州莫比尔附近横跨贝优卡诺特（Bayou Carrot）的CSX铁路大桥，被一个拓驳船队严重撞击。当时正值雾天，该船队误驶入莫比尔河的侧航道，造成撞桥事故，使桥梁结构产生巨大位移，恰好几分钟后一列旅客列车从桥上驶过，大桥即刻坍塌，列车出轨，47人丧生，见下图。CSX铁路大桥被撞毁情形近几年，船撞桥事故频繁发生的局面似乎并未有很大的改观，重大的船撞桥事故仍时有发生。2001年9月16日，美国南部德克萨斯州最长的跨海大桥“伊莎贝拉皇后大桥”被一艘拖轮撕开一道长达72m的缺口，两个桥孔坍塌，5辆桥上行驶的车辆坠入大海，4人死亡，桥下的电话线、自来水管以及银行通讯系统均遭到破坏，通过该大桥与大陆连接的著名旅游胜地帕德利岛与外界的联系中断了数日。2002年5月26日，美国俄克拉荷马州阿肯色河上，一艘拖轮顶着两艘运油的空驳船撞上一座有20年历史的公路桥的一个桥墩，造成公路桥坍塌，至少有17辆汽车从20m高空坠入河中，死亡17人。这次事故严重阻碍了横穿俄克拉荷马的40号洲际高速公路公路的交通，修理并重新开放这座大桥需要六个月时间。 2 我国典型船撞桥事故在我国，船撞桥事故也是频繁发生。如武汉长江大桥自从1957年建成以来，大约发生了70起船撞桥事故，其中经济损失超过百万的大事故超过10起；南京长江大桥至今已发生30起船撞桥事故。2000年12月7日，广东省东江流域一艘“三无”载客船撞上黎咀大桥后翻沉，船上44人全部落水，6人死亡，2人重伤，4人轻伤。2001年10月20日，浙江绍兴一座55m长的小桥被一艘运送黄沙的水泥船撞翻，段为两截，船长掉落河中死亡。2007年6月15日凌晨5时10分左右，轰隆一声巨响，横跨西江，全长1675.2米的九江大桥塌了200米。正在桥上行驶的4辆汽车与2名施工人员像下饺子一样坠入河中，共造成8人死亡，这就是当年轰动全国的“九江大桥615船撞桥断事故”著名学者戴同宇通过调研和实证掌握了一百余份相关文件，包括四十年来发生在十余座我国长江大桥的200余起船撞桥事故，他得出了一些重要的结论：我国长江主线发生船撞桥事故的基本趋势依旧是呈现增长趋势的。3 分析产生的原因从1959年到现在所发生的有记载的船撞桥事故中，记录总数为213个，其中长江172个，黑龙江12个，珠江12个，沿海及其他区区域17个。在事故所涉及的35座桥梁中，其中按照撞桥的位置区分，撞桥墩的有148起，占69.5%，撞桥墩防护装置的有20起，占9.4%，撞上部结构的有12起，占5.6%。从我国及国外在桥区水域发生的多起桥梁坍塌事故案例知道，船撞桥的主要因素有以下三个方面：第一个方面是客观的自然条件因素，特别是遭遇到像台风、浓雾等恶劣天气情况，由此会影响航行者视线而误判方向。第二个方面是主观的技术问题，船舶制造技术及船员航行技术不完善不熟练引起船撞桥事故。进入航运市场的大批量的低质量船舶，其质量以及寿命无法得到保障，甚至有部分严重缺乏高频电话等基础设施的中小型船舶投入使用；另外船员数量不足、疲劳驾驶、缺乏航行技术以及较低的素质也是造成事故的原因。第三个方面是主观桥梁施工致使船舶通航环境发生改变，另外豆腐渣式桥梁工程、不全面不到位的施工防护措施、监管人员配备急缺以及应急救助方案制定的不及时是发生水上桥梁区交通事故的主观因素。有长江干线发生船撞桥事故的统计数据说明了以下一些问题，我认为可以应用于绝大多数船撞桥事故的原因。（1） 长江干线船撞桥事故数量总体呈增长趋势，应引起各有关方面的重视。（2） 洪水对船撞桥事故有显著的影响。洪水季节船撞桥事故明显增多，事故率可达约平均值的3倍左右。（3） 船队比单船更易发生撞桥事故，事故数量占总数的86%。（4） 船撞桥事故更多发生在能见度较差的情况下，与良好能见度情况相比，事故数量比约为8倍。但由于数据不十分充分，尚不能下最后的结论。受黑暗和城市灯光的影响，21:00左右船撞桥事故较多。（5） 在长江干线上发生的船撞桥事故最主要的原因是人员失误，在155起明确指出事故原因的事故当中，人员失误为121起，约占78%；第二位原因是恶劣的自然环境，约占16%；第三位原因是机械故障，约占6%。三者之比大约为13:2.8:1。（6） 船撞桥事故与桥下通航宽度密切相关。3/4以上的船撞桥事故发生在通航孔宽度在150m以内的桥梁内。显然，无论国内还是国外，船撞桥事故的主要原因人员失误都占70%以上，造成的和后果是很严重的。4 如何防止此类事故的产生我们要做的就是设置防撞保护系统；然而对大量被撞垮的桥梁调查得知，几乎所有的桥梁均未设置防撞保护系统；即使少数有防护系统的桥梁，也因设计防护能力不足而未能抵挡住船舶的撞击。从概念上讲，当撞击力大于桥墩的承载能力时，桥梁的抗冲击能力既不能由桥墩提供，也不能靠撞击的船舶提供，这是因为：桥墩的刚度总是较大的，不可能产生较大的塑性变形来缓解撞击动能；为了桥梁上部结构的安全，不允许桥墩有较大的位移；肇事船只的船头刚度不论多小，变形量也只能船头钢板的压扁长度提供，故不可能产生较大的变形，由此缓解的撞击动能与总的撞击动能相比是较小的。由此可见，桥梁不设防护系统时，船博将直接与墩身接触。由于二者的刚度均较大，变形量较小，不能缓解撞击动能，因而将产生极大的撞击力，造成船毁桥塌事件。所以，桥梁的抗冲击能力一般只能由防撞保护系统提供，以缓冲船舶的撞击力，使桥梁和船舶的损失程度尽可能缩小。美国铁路工程师协会的“防撞保护系统设计规范”中规定：“设置防撞保护系统的目的，是使其保护的铁路桥梁及桥墩面遭船舶突然撞击而可能产生的破坏。设计这类防护系统以改变撞击力的方向，或吸收撞击能量，使撞击动能消散，或限制及降低由船舶转移到桥墩上的能量，使桥墩不被破坏。”下面我将根据一些实例介绍一下目前桥梁防撞的措施：1. 缓冲材料方式1）濑户大桥1981年9月至1983年5月期间作为试验在濑户大桥5#桥墩周围设置了橡胶制空气式缓冲材料和钢制缓冲材料，如下图所示。空气式缓冲材料是6个直径为4.5m，长为12.0m和6个直径为4.5m、长9.0m的缓冲件。缓冲件之间在其断面中心处用链条连接，各级冲件安装有不绕轴旋转的垂重链（直径32mm，4链）。 试验结果为：各缓冲件内气压下降0.0040.017Mpa，其他连接钩环、系泊用链、垂直用链均有不同程度的腐蚀。2）岩黑岛桥岩黑岛桥2#桥墩的角部设计装置了槽型缓冲材料防撞设施，如下图所示，这种防撞设施能吸收的最大冲撞规模为200t的船，航速为2.8m/s；100t的船，航速为3.4m/s。2.绳索方式1）柜石岛桥该桥与岩黑岛桥2#桥墩相同，在桥2#桥墩的墩角处装置了槽型缓冲材料，其他处在航道侧的3个边倒采用了绳索方式防撞设施，如下图，大致以水面附近为中心上下排列着17根钢丝绳体（直径20mm）。2. 缓冲工事方式1） RichmondSan Rafaei桥该桥在易撞桥墩周围设置的缓冲工事为木质桁架构造如图所示，该工事涉及水面上下范围+4.5m1.5m。1951年8月5日，美国海军一艘排水量为1450t的舰只由于舵故障而冲撞该缓冲工事；其结果是，受冲撞部分的缓冲工事完全被破坏，桥墩无损伤，冲撞舰只也损伤轻微。2）濑户大桥该桥5#桥墩西面设置多孔构造钢制缓冲工事，其他面设置了空气式缓冲工事，分布在南北两侧桥墩拐角部分和其他部分。它们的断面形状如下图所示。该缓冲工事于1981年10月12日尚在建设时，为了加固5材桥墩，一艘运土船，碰撞了该墩西南向的钢制缓冲工事的角部；当时，水流与船的前进方向相反，流速为1m/s。这次事故使该缓冲工事发生了宽约3m，高约3m，凹入约为30cm的变形，运土船未被破坏。3. 重力式方式 1）Tasman 桥（澳大利亚）该桥于1964年建成，桥长1025m，最大跨径94m；在主航道宽为73m的两侧14#和15#桥墩处设置有重力式防护设施，如下图所示；它是从桩顶把预应力混凝土构造物通过销栓连接沉吊而成的，当船舶冲撞它时，它便作水平移动而吸收船舶的冲撞能量。4. 桩方式1）Trom桥 (挪威)Trom桥全长1016m，主跨径为80m，航道宽为60m，防撞设施于1959年设置为护舷物方式，如下图所示。1961年11月，一艘载重量为10000t的货轮冲撞东侧护舷物，使大部分水平板和混凝上桩被撞坏沉入海底，于是在1975年，又设置了环状护舷物式防撞设施。如下图所示，它在钢桩上配置了钢筋混凝上，钢筋混凝土包围着主跨墩的4根桩柱。1975年7月，一艘游船撞上该环状护舷物，船侧以及4个船舱裂纹，安装在护胶物上的木材被压溃，可是，硅和钢制护舷物本体无损。由此可见，如果没有设置该防护设施，该桥被冲撞的后果将不堪设想。5.沉箱方式1）Outer 桥（美国）该桥桥跨为90m+115m+230m+115m+gom,桥墩尺寸为36.5m*l8m。距桥墩一定距离处设置有防撞沉箱，沉箱是在直径为13.5m的刚圆筒沉箱中装满砂，顶部装有厚度为1.5m的RC板。该沉箱设计抗撞能力为40000t的船，速度为1.54m/s，该沉箱设置状况如下图所示。1963年，一艘排水量为12200t的加拿大船冲撞沉箱后，又与航道面的桥墩相碰，冲撞船的侧外板多块受损。桥墩只有几块小的混凝土片被撞下，防撞沉箱部分破坏。6. 人工岛方式Brevik 桥（挪威）该桥长度为677m，主跨为272m，主跨两侧的侧跨为85m。在桥上游峡湾深处有一港口，从那儿出港的船舶冲撞南侧桥墩的危险性极高，通行船只最大可达35000t，在南侧桥墩处设置了填土区域，如图所示。虽然在吸收冲撞能组的同时，航行深度也受到了一定限制，但是，至今为止己