怎样实现桥墩柔性防撞

  摘 要 “船撞桥墩,古已有之,于今尤烈”。今天海洋环保日益被重视,撞破燃油舱或液货舱,使油料或化 学品外泄,引起的后果就不仅是桥梁、船东和货主的损失。因此,桥墩柔性防撞,在“保护桥的同时也保 护船”的任务就更迫切了。桥墩柔性防撞的物理意义是指:初撞时反力小位移大、吸能大、反力作功小。 本文阐述一种由作者实现的方法:生产出钢丝绳复合吸能防撞圈,达到柔性和高吸能;在众多防撞圈的外 面包络强的外钢围,使这些防撞圈得到高的受力同期性;外钢围尖形,能滑开船头,使船的大部分动能保 留在船上,而不参与交换。实现了桥墩柔性防撞。 关键词 桥墩柔性防撞 柔性防撞 防撞

  “船撞桥墩,古已有之,于今为烈”[7]。今天海洋环保日益被重视,1982 年我国颁布了 海洋环境保护法,追究破坏海洋环境者的责任。船撞桥墩时,如撞破燃油舱或液货船的液货 舱壁,使油料或化学品外泄,引起的后果就不仅是桥梁、船东和货主的损失,更严重的是破 坏海洋环境;不仅有当时的人身和财产的损失,也可能危害子孙后代。

  从前,有人认为桥墩防撞只要保护桥就可以了。实际上桥墩是水中新建的障碍物,桥 位、桥型和净宽选择不当时,船撞桥便会增加。正确地选择桥位、桥型和净宽,采用足够的 海事设施和管理,提高海员素质做到安全驾驶,并在桥墩设置柔性防撞装置,在桥、航双方 的努力下,便有可能大幅度减少船撞桥事故的发生。

  桥墩柔性防撞的装置和过程是:桥墩的防撞装置要柔软,当船万一撞上桥墩时,防撞 装置稍为后退一点,同时给船头一个侧向力,拨开船头,使船的动能大部分保留在船上;同 时防撞装置消耗掉一部分能量。消耗掉的这部分能量是不对船作功的,如果它占的比例大, 便减轻了对船的破坏。

  实现桥墩柔性防撞的途径不止一条,液体、气体和固体的缓冲原理均有可能作成防撞 装置:

  ·液压缸缓冲装置:例如航空母舰上的拦阻系统[1],油缸阻尼加上一组 1:10 的钢丝绳 滑轮组,使 40 吨重、速度为 70m/s 的飞机在 50 m 内停下来。但液压缸系统在桥墩周围设置 比较困难,有兄弟单位利用液压原理在研究“充水胶囊束”[4],是有前途的。

  ·橡胶气囊装置:例如浮式充气橡胶碰垫[2],已有海洋平台使用过,接触面足够柔软, 但吸能少,价值很高,适应侧面靠船,目前还不适合桥墩柔性防撞的要求。

  ·钢丝绳复合吸能防撞圈:这是一种专门为防御船撞桥而研制出来的、固体摩擦和变 形吸能的元件,具有大的吸能比,外面加上能使多圈同期作用的钢围,尖形的钢围能滑开船 头,使大部分动能保留在船上而不参与交换,便可实现桥墩柔性防撞。

  桥墩柔性防撞的物理意义是指:初撞时反力小位移大、吸能大、反力作功小。其中初撞

  时反力小位移大是容易实现的,用中空的管状或圈状的防撞元件便可以了,它的“力-位移” 曲线(“F-△L”曲线)的数学特征是凹曲线。但要同时吸能大,能量被防撞装置 消耗掉,船的损坏就小,因此不能用橡皮管、橡皮圈,因为橡皮弹性好、吸能少。在“力位移” 曲线的特征是返回段下的面积(图右Ⅱ)小。

  图 1 左,为橡胶厂给用户提供的碰垫“力-位移”曲线(只有上升段,而且是用静载荷 作出的)[3],凸曲线为鼓形碰垫,凹曲线为管形碰垫。可以看出中空的管状或圈状的防撞元 件已经实现初撞时反力小位移大。图 1 右是作者供应的钢丝绳复合吸能防撞圈的“力-位移” 曲线,包括吸能(上升段)和放能(下降段)两个部分。

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