橋梁概念設(shè)計(jì)論文-國內(nèi)外船撞橋事故的研究與防護(hù)

1、<p><b>　　武漢理工大學(xué)研究生</b></p><p><b>　　期末考試試卷</b></p><p>　　課 程：橋梁概念設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目：國內(nèi)外船撞橋事故的研究與防護(hù)</p><p>　　學(xué) 生： 劉贊</p><p>

2、;　　學(xué) 號(hào)：1049721401638</p><p>　　2014年 12 月 22 日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　橋是國家公路、鐵路交通命脈的咽喉，中華人民共和國成立以來，特別是改革開放之后的時(shí)間中，新建橋梁規(guī)模之大、數(shù)量之多、速度之快，舉世矚目。但同時(shí)貨物的運(yùn)輸量53%是通過水路，靠船

3、舶運(yùn)輸，尤其是在外貿(mào)中，這個(gè)比例達(dá)到90%。于是船舶越來越多、船舶噸位越來越大，有些吃水深船體大的海船是無法進(jìn)入我國大部分內(nèi)陸河流的，不得不靠吃水較淺、噸位在500~1000t左右的機(jī)動(dòng)駁船來分散駁運(yùn)。于是內(nèi)河上的運(yùn)輸船舶也就越來越多。雖然船舶通過航道進(jìn)入橋孔下通過時(shí)，都沒有航道標(biāo)志和航標(biāo)燈等警示裝置，但由于種種原因，還是有船舶撞到了橋梁，并造成了財(cái)產(chǎn)和人員的傷害。</p><p>　　根據(jù)各種相關(guān)資料文獻(xiàn)的介紹

4、，船撞橋事故在世界各地一直不斷的在發(fā)生，船撞橋事故的頻率比我們想象的更經(jīng)常；由船撞橋事故所導(dǎo)致的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及環(huán)境破壞是驚人的。很多船撞橋事故輕則損失數(shù)萬元，重則人員傷亡、損失以數(shù)百萬、數(shù)千萬甚至數(shù)十億美元計(jì)，大量的間接損失更是難以計(jì)算。況且，人的生命是無價(jià)的，牽扯到人員傷亡的事故更是令人痛心。</p><p>　　所以我們應(yīng)加強(qiáng)對這方面的研究，并爭取找到更好的防范方法減少船撞橋事故的發(fā)生。</p&

5、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：船舶；橋梁；船撞橋；事故</p><p>　　1 國外典型船撞橋事故</p><p>　　世界上損失最大的船撞橋事故之一是美國的陽光大橋被撞事件。1980年，美國福羅里達(dá)州橫跨泰姆伯（Tampa）灣的陽光大橋被一艘空載的35000t載重的散裝貨輪M/V Summit/Venture號(hào)撞擊而倒塌，事故中35人喪生，船舶價(jià)值1300萬美元，陽光大橋的價(jià)值

6、是25000萬美元，損失巨大，該橋后又重新修建。</p><p><b>　　陽光大橋被撞毀情形</b></p><p>　　1993年，美國亞拉巴馬州莫比爾附近橫跨貝優(yōu)卡諾特（Bayou Carrot）的CSX鐵路大橋，被一個(gè)拓駁船隊(duì)嚴(yán)重撞擊。當(dāng)時(shí)正值霧天，該船隊(duì)誤駛?cè)肽葼柡拥膫?cè)航道，造成撞橋事故，使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大位移，恰好幾分鐘后一列旅客列車從橋上駛過，大橋即

7、刻坍塌，列車出軌，47人喪生，見下圖。</p><p>　　CSX鐵路大橋被撞毀情形</p><p>　　近幾年，船撞橋事故頻繁發(fā)生的局面似乎并未有很大的改觀，重大的船撞橋事故仍時(shí)有發(fā)生。</p><p>　　2001年9月16日，美國南部德克薩斯州最長的跨海大橋“伊莎貝拉皇后大橋”被一艘拖輪撕開一道長達(dá)72m的缺口，兩個(gè)橋孔坍塌，5輛橋上行駛的車輛墜入大海，4人死

8、亡，橋下的電話線、自來水管以及銀行通訊系統(tǒng)均遭到破壞，通過該大橋與大陸連接的著名旅游勝地帕德利島與外界的聯(lián)系中斷了數(shù)日。</p><p>　　2002年5月26日，美國俄克拉荷馬州阿肯色河上，一艘拖輪頂著兩艘運(yùn)油的空駁船撞上一座有20年歷史的公路橋的一個(gè)橋墩，造成公路橋坍塌，至少有17輛汽車從20m高空墜入河中，死亡17人。這次事故嚴(yán)重阻礙了橫穿俄克拉荷馬的40號(hào)洲際高速公路公路的交通，修理并重新開放這座大橋需要

9、六個(gè)月時(shí)間。</p><p>　　2 我國典型船撞橋事故</p><p>　　在我國，船撞橋事故也是頻繁發(fā)生。如武漢長江大橋自從1957年建成以來，大約發(fā)生了70起船撞橋事故，其中經(jīng)濟(jì)損失超過百萬的大事故超過10起；南京長江大橋至今已發(fā)生30起船撞橋事故。</p><p>　　2000年12月7日，廣東省東江流域一艘“三無”載客船撞上黎咀大橋后翻沉，船上44人全部落

10、水，6人死亡，2人重傷，4人輕傷。</p><p>　　2001年10月20日，浙江紹興一座55m長的小橋被一艘運(yùn)送黃沙的水泥船撞翻，段為兩截，船長掉落河中死亡。</p><p>　　2007年6月15日凌晨5時(shí)10分左右，轟隆一聲巨響，橫跨西江，全長1675.2米的九江大橋塌了200米。正在橋上行駛的4輛汽車與2名施工人員像下餃子一樣墜入河中，共造成8人死亡，這就是當(dāng)年轟動(dòng)全國的“九江大

11、橋6·15船撞橋斷事故”</p><p>　　著名學(xué)者戴同宇通過調(diào)研和實(shí)證掌握了一百余份相關(guān)文件，包括四十年來發(fā)生在十余座我國長江大橋的200余起船撞橋事故，他得出了一些重要的結(jié)論：我國長江主線發(fā)生船撞橋事故的基本趨勢依舊是呈現(xiàn)增長趨勢的。</p><p><b>　　3 分析產(chǎn)生的原因</b></p><p>　　從1959年到現(xiàn)在

12、所發(fā)生的有記載的船撞橋事故中，記錄總數(shù)為213個(gè)，其中長江172個(gè)，黑龍江12個(gè)，珠江12個(gè)，沿海及其他區(qū)區(qū)域17個(gè)。</p><p>　　在事故所涉及的35座橋梁中，其中按照撞橋的位置區(qū)分，撞橋墩的有148起，占69.5%，撞橋墩防護(hù)裝置的有20起，占9.4%，撞上部結(jié)構(gòu)的有12起，占5.6%。</p><p>　　從我國及國外在橋區(qū)水域發(fā)生的多起橋梁坍塌事故案例知道，船撞橋的主要因素有

13、以下三個(gè)方面：</p><p>　　第一個(gè)方面是客觀的自然條件因素，特別是遭遇到像臺(tái)風(fēng)、濃霧等惡劣天氣情況，由此會(huì)影響航行者視線而誤判方向。</p><p>　　第二個(gè)方面是主觀的技術(shù)問題，船舶制造技術(shù)及船員航行技術(shù)不完善不熟練引起船撞橋事故。進(jìn)入航運(yùn)市場的大批量的低質(zhì)量船舶，其質(zhì)量以及壽命無法得到保障，甚至有部分嚴(yán)重缺乏高頻電話等基礎(chǔ)設(shè)施的中小型船舶投入使用；另外船員數(shù)量不足、疲勞駕駛、

14、缺乏航行技術(shù)以及較低的素質(zhì)也是造成事故的原因。</p><p>　　第三個(gè)方面是主觀橋梁施工致使船舶通航環(huán)境發(fā)生改變，另外豆腐渣式橋梁工程、不全面不到位的施工防護(hù)措施、監(jiān)管人員配備急缺以及應(yīng)急救助方案制定的不及時(shí)是發(fā)生水上橋梁區(qū)交通事故的主觀因素。</p><p>　　有長江干線發(fā)生船撞橋事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明了以下一些問題，我認(rèn)為可以應(yīng)用于絕大多數(shù)船撞橋事故的原因。</p>&

15、lt;p>　　長江干線船撞橋事故數(shù)量總體呈增長趨勢，應(yīng)引起各有關(guān)方面的重視。</p><p>　　洪水對船撞橋事故有顯著的影響。洪水季節(jié)船撞橋事故明顯增多，事故率可達(dá)約平均值的3倍左右。</p><p>　　船隊(duì)比單船更易發(fā)生撞橋事故，事故數(shù)量占總數(shù)的86%。</p><p>　　船撞橋事故更多發(fā)生在能見度較差的情況下，與良好能見度情況相比，事故數(shù)量比約為8倍

16、。但由于數(shù)據(jù)不十分充分，尚不能下最后的結(jié)論。受黑暗和城市燈光的影響，21:00左右船撞橋事故較多。</p><p>　　在長江干線上發(fā)生的船撞橋事故最主要的原因是人員失誤，在155起明確指出事故原因的事故當(dāng)中，人員失誤為121起，約占78%；第二位原因是惡劣的自然環(huán)境，約占16%；第三位原因是機(jī)械故障，約占6%。三者之比大約為13:2.8:1。</p><p>　　船撞橋事故與橋下通航寬度

17、密切相關(guān)。3/4以上的船撞橋事故發(fā)生在通航孔寬度在150m以內(nèi)的橋梁內(nèi)。</p><p>　　顯然，無論國內(nèi)還是國外，船撞橋事故的主要原因——人員失誤都占70%以上，造成的和后果是很嚴(yán)重的。</p><p>　　4 如何防止此類事故的產(chǎn)生</p><p>　　我們要做的就是設(shè)置防撞保護(hù)系統(tǒng)；然而對大量被撞垮的橋梁調(diào)查得知，幾乎所有的橋梁均未設(shè)置防撞保護(hù)系統(tǒng)；即使少數(shù)

18、有防護(hù)系統(tǒng)的橋梁，也因設(shè)計(jì)防護(hù)能力不足而未能抵擋住船舶的撞擊。</p><p>　　從概念上講，當(dāng)撞擊力大于橋墩的承載能力時(shí)，橋梁的抗沖擊能力既不能由橋墩提供，也不能靠撞擊的船舶提供，這是因?yàn)椋?lt;/p><p>　　①橋墩的剛度總是較大的，不可能產(chǎn)生較大的塑性變形來緩解撞擊動(dòng)能；</p><p>　?、跒榱藰蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)的安全，不允許橋墩有較大的位移；</p&g

19、t;<p>　　③肇事船只的船頭剛度不論多小，變形量也只能船頭鋼板的壓扁長度提供，故不可能產(chǎn)生較大的變形，由此緩解的撞擊動(dòng)能與總的撞擊動(dòng)能相比是較小的。</p><p>　　由此可見，橋梁不設(shè)防護(hù)系統(tǒng)時(shí)，船博將直接與墩身接觸。由于二者的剛度均較大，變形量較小，不能緩解撞擊動(dòng)能，因而將產(chǎn)生極大的撞擊力，造成船毀橋塌事件。</p><p>　　所以，橋梁的抗沖擊能力一般只能由防撞

20、保護(hù)系統(tǒng)提供，以緩沖船舶的撞擊力，使橋梁和船舶的損失程度盡可能縮小。美國鐵路工程師協(xié)會(huì)的“防撞保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范”中規(guī)定：“設(shè)置防撞保護(hù)系統(tǒng)的目的，是使其保護(hù)的鐵路橋梁及橋墩面遭船舶突然撞擊而可能產(chǎn)生的破壞。設(shè)計(jì)這類防護(hù)系統(tǒng)以改變撞擊力的方向，或吸收撞擊能量，使撞擊動(dòng)能消散，或限制及降低由船舶轉(zhuǎn)移到橋墩上的能量，使橋墩不被破壞?！?lt;/p><p>　　下面我將根據(jù)一些實(shí)例介紹一下目前橋梁防撞的措施：</p&g

21、t;<p><b>　　緩沖材料方式</b></p><p><b>　　1）瀨戶大橋</b></p><p>　　1981年9月至1983年5月期間作為試驗(yàn)在瀨戶大橋5#橋墩周圍設(shè)置了橡膠制空氣式緩沖材料和鋼制緩沖材料，如下圖所示?？諝馐骄彌_材料是6個(gè)直徑為4.5m，長為12.0m和6個(gè)直徑為4.5m、長9.0m的緩沖件。緩沖件之

22、間在其斷面中心處用鏈條連接，各級(jí)沖件安裝有不繞軸旋轉(zhuǎn)的垂重鏈（直徑32mm，4鏈）。</p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果為：各緩沖件內(nèi)氣壓下降0.004~0.017Mpa，其他連接鉤環(huán)、系泊用鏈、垂直用鏈均有不同程度的腐蝕。</p><p><b>　　2）巖黑島橋</b></p><p>　　巖黑島橋2#橋墩的角部設(shè)計(jì)裝置了槽型緩沖材料防撞設(shè)施，如

23、下圖所示，這種防撞設(shè)施能吸收的最大沖撞規(guī)模為200t的船，航速為2.8m/s；100t的船，航速為3.4m/s。</p><p><b>　　2.繩索方式</b></p><p><b>　　1）柜石島橋</b></p><p>　　該橋與巖黑島橋2#橋墩相同，在橋2#橋墩的墩角處裝置了槽型緩沖材料，其他處在航道側(cè)的3個(gè)邊

24、倒采用了繩索方式防撞設(shè)施，如下圖，大致以水面附近為中心上下排列著17根鋼絲繩體（直徑20mm）。</p><p><b>　　緩沖工事方式</b></p><p>　　Richmond——San Rafaei橋</p><p>　　該橋在易撞橋墩周圍設(shè)置的緩沖工事為木質(zhì)桁架構(gòu)造如圖所示，該工事涉及水面上下范圍+4.5m~1.5m。</p

25、><p>　　1951年8月5日，美國海軍一艘排水量為1450t的艦只由于舵故障而沖撞該緩沖工事；其結(jié)果是，受沖撞部分的緩沖工事完全被破壞，橋墩無損傷，沖撞艦只也損傷輕微。</p><p><b>　　2）瀨戶大橋</b></p><p>　　該橋5#橋墩西面設(shè)置多孔構(gòu)造鋼制緩沖工事，其他面設(shè)置了空氣式緩沖工事，分布在南北兩側(cè)橋墩拐角部分和其他部分

26、。它們的斷面形狀如下圖所示。</p><p>　　該緩沖工事于1981年10月12日尚在建設(shè)時(shí)，為了加固5材橋墩，一艘運(yùn)土船，碰撞了該墩西南向的鋼制緩沖工事的角部；當(dāng)時(shí)，水流與船的前進(jìn)方向相反，流速為1m/s。這次事故使該緩沖工事發(fā)生了寬約3m，高約3m，凹入約為30cm的變形，運(yùn)土船未被破壞。</p><p><b>　　重力式方式</b></p>&

27、lt;p>　　1）Tasman 橋（澳大利亞）</p><p>　　該橋于1964年建成，橋長1025m，最大跨徑94m；在主航道寬為73m的兩側(cè)14#和15#橋墩處設(shè)置有重力式防護(hù)設(shè)施，如下圖所示；它是從樁頂把預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造物通過銷栓連接沉吊而成的，當(dāng)船舶沖撞它時(shí)，它便作水平移動(dòng)而吸收船舶的沖撞能量。</p><p><b>　　樁方式</b></p&

28、gt;<p>　　1）Trom橋 (挪威)</p><p>　　Trom橋全長1016m，主跨徑為80m，航道寬為60m，防撞設(shè)施于1959年設(shè)置為護(hù)舷物方式，如下圖所示。</p><p>　　1961年11月，一艘載重量為10000t的貨輪沖撞東側(cè)護(hù)舷物，使大部分水平板和混凝上樁被撞壞沉入海底，于是在1975年，又設(shè)置了環(huán)狀護(hù)舷物式防撞設(shè)施。如下圖所示，它在鋼樁上配置了鋼筋

29、混凝上，鋼筋混凝土包圍著主跨墩的4根樁柱。</p><p>　　1975年7月，一艘游船撞上該環(huán)狀護(hù)舷物，船側(cè)以及4個(gè)船艙裂紋，安裝在護(hù)膠物上的木材被壓潰，可是，硅和鋼制護(hù)舷物本體無損。由此可見，如果沒有設(shè)置該防護(hù)設(shè)施，該橋被沖撞的后果將不堪設(shè)想。</p><p><b>　　5.沉箱方式</b></p><p>　　1）Outer 橋（美國）

30、</p><p>　　該橋橋跨為90m+115m+230m+115m+gom,橋墩尺寸為36.5m*l8m。距橋墩一定距離處設(shè)置有防撞沉箱，沉箱是在直徑為13.5m的剛圓筒沉箱中裝滿砂，頂部裝有厚度為1.5m的RC板。該沉箱設(shè)計(jì)抗撞能力為40000t的船，速度為1.54m/s，該沉箱設(shè)置狀況如下圖所示。1963年，一艘排水量為12200t的加拿大船沖撞沉箱后，又與航道面的橋墩相碰，沖撞船的側(cè)外板多塊受損。橋墩只有

31、幾塊小的混凝土片被撞下，防撞沉箱部分破壞。</p><p><b>　　人工島方式</b></p><p>　　Brevik 橋（挪威）</p><p>　　該橋長度為677m，主跨為272m，主跨兩側(cè)的側(cè)跨為85m。在橋上游峽灣深處有一港口，從那兒出港的船舶沖撞南側(cè)橋墩的危險(xiǎn)性極高，通行船只最大可達(dá)35000t，在南側(cè)橋墩處設(shè)置了填土區(qū)域，如

32、圖所示。雖然在吸收沖撞能組的同時(shí)，航行深度也受到了一定限制，但是，至今為止己有多次在接近事故發(fā)生時(shí)船舶卻在離橋墩20m以上的地方擱淺。</p><p>　　在所有的船撞橋事故的發(fā)生因素主要涉及人、船舶、通航環(huán)境、管理等四方面。事實(shí)上，很多事故是在幾個(gè)因素同時(shí)交織存在的復(fù)雜情況下發(fā)生的。因此，欲有效防范船撞橋事故的發(fā)生，應(yīng)從多個(gè)側(cè)面進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而形成安全監(jiān)管合力，降低事故的發(fā)生幾率。</p>&l

33、t;p>　　首先，建立健全橋區(qū)水域的通航安全監(jiān)管制度要有效解決橋區(qū)水域的通航安全這一難題，僅僅依靠海事部門加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)管遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要全社會(huì)共同關(guān)注，各相關(guān)單位、部門積極應(yīng)對、共同解決。因此，筆者認(rèn)為迫切需要制定實(shí)施橋區(qū)水域通航安全監(jiān)管制度，為解決橋區(qū)水域通航安全問題提供必要的法律依據(jù)。橋區(qū)水域的通航安全監(jiān)管制度應(yīng)重點(diǎn)明確橋區(qū)水域的范圍，關(guān)注對橋梁防撞的設(shè)計(jì)和建設(shè)、橋區(qū)助航設(shè)施的設(shè)置、橋梁建設(shè)施工前的通航安全論證、橋梁施工作業(yè)期間

34、的安全保障措施，以及橋梁投入使用后橋梁所有人、經(jīng)營人對橋區(qū)通航安全的保障責(zé)任，船舶通過橋區(qū)水域時(shí)的安全航行要求，橋區(qū)水域河道采沙作業(yè)的限制等內(nèi)容。</p><p>　　其次，加強(qiáng)公司的安全管理為從源頭上遏制船撞橋事故的發(fā)生，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)轄區(qū)航運(yùn)公司的安全管理，促進(jìn)企業(yè)落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，督促航運(yùn)企業(yè)加大安全投入。一是要加強(qiáng)轄區(qū)公司SMS運(yùn)行的日常監(jiān)管工作力度，使其體系運(yùn)行有效。二是對于非強(qiáng)制建立體系公司，按照《

35、中華人民共和國航運(yùn)公司安全與防污染管理規(guī)定》切實(shí)加強(qiáng)對公司的安全監(jiān)督管理工作。三是要重點(diǎn)加強(qiáng)對中小型航運(yùn)公司，尤其是委托經(jīng)營公司的安全管理，督促企業(yè)切實(shí)落實(shí)安全生產(chǎn)主體責(zé)任。四是要加強(qiáng)公司安全文化建設(shè)，切實(shí)做好船員的安全培訓(xùn)工作，不斷提高船員的應(yīng)急反應(yīng)能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊渡軍.橋梁的防撞保護(hù)系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)(

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