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近日，南京长江大桥穿上“防撞甲”的消息
登上热搜
看似稳固的大桥也需要防撞措施吗？
“防撞甲”的原理是什么？
南京长江大桥于1968年建成通车，是长江上第一座由中国自行设计和建造的双层式铁路、公路两用桥梁，在中国桥梁史和世界桥梁史上具有重要意义，是中国经济建设的重要成就、中国桥梁建设的重要里程碑，具有极大的经济意义、政治意义和战略意义，有“争气桥”之称。
图源：南京发布
然而，由于桥梁建设年代较早，随着近年来长江航行的各类船舶从数量和吨位上都在不断增加，航线也愈发密集，难免引起船桥碰撞，桥墩遭受船舶碰撞风险不断增大。
如2013年5月12日, 一艘山东威海籍载有12539t石灰石的“鑫川8号”货船, 在下行准备通过南京长江大桥过程中, 突然大角度转向, 与六孔和七孔之间的桥墩发生碰擦, 并导致船体破损进水, 最终货船沉没。
数据显示：每年因船舶撞击造成桥梁严重破坏甚至垮塌的重大事故都在发生，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。
阿肯色河桥船撞事故
九江大桥船撞事故
太阳埠大桥船撞事故
金塘大桥船撞事故
严重船撞事故现场图片
为了避免或减小船桥碰撞带来的损失，防撞设施被增设在南京长江大桥的桥墩上就显得尤为必要。
目前国内外桥墩防撞设施种类较多
其基本原理是基于
能量吸收、动量缓冲而设计的
每种防撞设施都有其特点和使用条件
具体来说
国内外桥梁多采用人工岛
群桩、橡胶护舷
钢套箱等防撞结构
减轻船桥碰撞的损失
防撞设施
人工岛防撞
虽能避免船舶直接撞击桥墩，但占用了较多航道，造价高昂。
群桩防撞
能减少船舶对桥墩的损伤，但是造价高，且撞损后难以修复，船舶毁损严重。
钢箱防撞
一般安装在承台或桥墩周围，主要靠钢材的塑性变形和破损来吸收撞击能量，是国内使用非常广泛的一种防撞设施，但是其对船撞力削减幅度有限，自身刚度大对船舶损伤大，且需要定期维护。
橡胶护舷防撞装置在港口和码头工程应用已比较普遍，安装方便，维护费用低，可重复使用，但是其吸收的碰撞能量少，难以抵御大尺寸船舶正向撞击。
鉴于传统防撞设施存在的诸多弊端，采用新材料设计开发新型防撞系统迫在眉睫。
近年来，针对传统材料的局限性，纤维增强树脂基复合材料(FRP)受到了极大重视，除了具有轻质高强、可设计性好以及耐腐蚀等优良性质外，还具有良好的吸能性。
复合材料防撞设施可以有效减少碰撞对桥梁和船只的损伤，具有船-桥双向保护的显著优势。越来越多的跨江跨海大桥选择了这种先进的复合材料作为桥梁的防撞设施。
武汉鹦鹉洲长江大桥
以圆形截面复合材料防撞系统为例，其主要由复合材料外筒、内筒、内外筒之间的聚氨酯弹性粘结材料以及内筒内部填充的轻质摩擦颗粒材料组成。
防撞系统的内、外筒为玻璃纤维增强乙烯基树脂复合材料, 具有良好的力学性能，可以承受来自船只撞击的巨大冲击力，并且具有耐海水腐蚀环境和免维护的优点。
复合材料内外筒之间填充的聚氨酯弹性材料, 具有较高的抗剪和界面粘结性能, 缓冲能力较强;内筒填充的轻质摩擦颗粒材料可有效提高内筒刚度, 并能限制内外筒变形, 保证其不发生较大变形而导致破裂, 并通过摩擦挤压消耗大量撞击能量，能够有效缓和来自船只撞击产生的冲击。圆形截面环形外观设计可以让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。
因此，装上这样复合材料防撞设施的跨江跨海桥梁也就拥有了“金钟罩”。
图片来源：央视新闻客户端、中国政府网
南京发布、新浪微博、百度等。
参考文献：
[1]赵凡,方海,梁志雯,祝露,韩娟,王盛.纤维增强橡胶复合材料软体系统船撞吸能试验与模拟[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2022,54(02):184-190.DOI:10.15986/j.1006-7930.2022.02.004.
[2]方海,王健,祝露,刘伟庆.武汉鹦鹉洲长江大桥中塔墩防船撞装置研究[J].桥梁建设,2020,50(01):20-25.
[3]方海,邓向阳,邓成刚,王立新,刘伟庆,吴志敏.桥墩采用新型复合材料防撞设施技术研究[J].中外公路,2014,34(04):148-153.DOI:10.14048/j.issn.1671-2579.2014.04.037.
[4]刘伟庆,方海,祝露,韩娟,吴志敏.船-桥碰撞力理论分析及复合材料防撞系统[J].东南大学学报(自然科学版),2013,43(05):1080-1086.
END
作者：杜天宇
审核专家：周三峰 南京工业大学土木工程学院
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