碰撞防護及其影響因素研究

劉語涵

摘要 隨著我國經(jīng)濟和交通業(yè)的發(fā)展，跨港區(qū)以及通航江河大型橋梁也大量增加。同時船舶噸位、航速以及經(jīng)過航道的船舶艘次快速發(fā)展和增加，受人為因素和外界環(huán)境因素的影響，船舶撞擊橋梁事故頻發(fā)且次數(shù)不斷增長。本文以船舶與橋梁的碰撞為例，首先對碰撞防撞設施的分類做了簡介，重點分析了影響碰撞防護的相關因素，具體從撞擊位置、撞擊速度、增強防護裝置質(zhì)量、船舶剛度上的變化對防護裝置的影響做了分析研究。

關鍵詞 碰撞防護；影響；研究

中圖分類號U4 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0033—02

對于發(fā)展中國家而言，交通運輸行業(yè)的發(fā)展能有效促進一個國家的社會發(fā)展和經(jīng)濟增長，對國家有著巨大的影響力。目前，世界已建設了越來越多的通航江河和跨越港區(qū)的大型橋梁，航行速度、船舶噸位以及船舶經(jīng)過航道的艘次也在不斷增多。與此同時，受人為因素和外界環(huán)境因素的影響，容易造成船舶與橋梁的撞擊，從而導致災難性事故的發(fā)生。當前，世界研究者已對碰撞防護方面的研究引起了重視，據(jù)有關統(tǒng)計，1960年到1993年這33年，全球因駁船或者船舶碰撞引起大型橋梁倒塌的就有26起，總體死亡人數(shù)高達321人。就以我國長江大橋為例，根據(jù)相關部門的統(tǒng)計，自1957年武漢長江大橋建立以來，截至到2016年這60年中，船舶撞橋事故已高達73次，1994年武漢長江大橋僅10月就被撞擊了4次。截至2016年，我國比較嚴重的碰撞是2007年6月15日發(fā)生在廣東九江大橋的事故，一艘采砂船與大橋橋墩相撞，導致九江大橋200m左右的橋面出現(xiàn)坍塌，死亡人數(shù)9人。發(fā)生船舶碰撞事故不僅給國家經(jīng)濟帶來了嚴重損失，還給人員造成了傷亡，這些都是無法估量的。

1碰撞防撞設施的分類

20世紀80年代日本學者巖井聰在對防撞設施做出了相對系統(tǒng)的分類法。在碰撞的過程中，以碰撞力作用面來進行定義，將防護設施分為直接構(gòu)造和間接構(gòu)造，直接構(gòu)造是直接將碰撞力作用在橋上，相反的則是間接構(gòu)造，具體分類如圖1所示。

2碰撞防護影響因素研究

2.1外界影響因素對船與防護裝置碰撞的影響研究

1）撞擊位置對防護套箱的影響研究。船舶在實際航行中，會受外界環(huán)境和人為因素的影響，而發(fā)生船與防護裝置的碰撞，引起事故。而船與防護裝置撞擊的角度不可能只局限在橫橋向正面，為更好地研究撞擊角度給防護裝置帶來的影響，本文在撞擊參數(shù)以及其他條件不變，只改變碰撞位置的情況下進行了研究，具體選取了5個發(fā)生碰撞事故概率比較大的位置，具體位置如圖2所示。

2）撞擊速度對防護裝置的影響研究。當船舶碰撞到橋梁防護裝置的某一位置時，在參數(shù)和其他條件不變的情況下，不同的航行速度給防護裝置帶來的撞擊力度有很大的區(qū)別，根據(jù)不同撞擊速度可進行碰撞力時間曲線的繪制，碰撞力受碰撞速度的變化而發(fā)生改變，碰撞速度大的情況下，碰撞力波峰值出現(xiàn)的情況就相對較早。

2.2增強防護裝置質(zhì)量對裝置耐撞的影響研究

防護裝置里有著許多艙壁，各艙中都具有足夠大的空間，若在各艙室中添加某些填充物，能有效增強裝置的質(zhì)量，比如添加泥沙，防護裝置的質(zhì)量得到了提高，相應的防護裝置的耐撞性也大大增強，本文根據(jù)有限元仿真模擬對此問題進行了討論。裝置同泥沙流動所產(chǎn)生的作用是非線性過程，相對復雜，在艙壁中添加填充物，只能提高裝置的質(zhì)量，在這里分析做簡化處理，通過有限元模型，將各艙壁版的密度進行提高，從而分析艙壁中加入填充物后，防護裝置能量變化和表達趨勢，根據(jù)裝置吸能的比較可以得出，添加填充物后，裝置吸能效果反而下降了，主要是因為防護裝置質(zhì)量增加后可參與變形的吸能構(gòu)件相應的變少了，讓總體吸能下降。圖4描述了板厚的改變對裝置吸能的影響。

2.3船艏剛度的改變對裝置耐撞性的影響研究

板厚的變化對裝置吸能的具體影響數(shù)據(jù)明確后，將三條曲線進行對比就可看出，船艏板厚度與防護裝置吸能效果是成正比的，船艏剛度增加，在碰撞后參與防護裝置吸能的構(gòu)件就越多，對防護裝置的損傷就更為嚴重，裝置整體吸能能力增加。

3結(jié)論

總的來講影響碰撞防護的因素有很多，總體分為人為因素和外部環(huán)境因素。具體結(jié)論如下：不同的撞擊位置對防護裝置的碰撞力度影響不同，通過上述分析可得出結(jié)論，船橋碰撞正面撞擊比側(cè)面擦撞更嚴重，在發(fā)生正面撞擊時，船體航向與縱軸保持一致并與橋梁軸線垂直，而船的正向速度最大；撞擊速度與防護裝置吸能成正比，速度越快，防護裝置撞深越大，當速度達到5m/s之后就趨于平緩，碰撞力不會有很明顯的增大；防護裝置質(zhì)量的提高，能降低船舶前進速度和防護裝置吸能效率，增強了防護裝置與船之間的最大碰撞力，不利于橋梁、船舶的防護；船艏剛度增加則防護裝置整體吸能能力增加，碰撞時間會延長，對裝置損傷更重。