船-桥碰撞研究的现状、问题和对策

船船--桥碰撞研究的桥碰撞研究的现状、问题和对策现状、问题和对策重庆交通大学重庆交通大学杨渡军杨渡军20082008年年44月月•我国是一个内河航运资源较为丰富的国家，拥有大小天然河流5800多条，河流总长43万公里，目前全国内河通航里程11.10万公里。•我国公路运输业迅速发展，目前在天然河流上已有的特大桥梁1580座，大桥14429座。•船舶向大型化、快速化、专业化发展。‰船桥碰撞面临的形势事故触目惊心™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,其中直接经济损失超过百万元的重大事故达10多起。™南京长江大桥发生约30起船撞桥事故。™黄石长江公路大桥在3年时间内共发生船舶碰撞桥梁事故达20多起，其中一次船毁人亡,货物沉没，桥墩受损，直接经济损失上千万元。™珠江大桥三年内惨遭“五连撞”。™重庆白沙沱大桥发生的船撞桥事故达到上百起之多。船撞桥事故增长船撞桥事故倒塌前的九江大桥™广东九江大桥运沙船撞击桥墩事件2007年6月15日，“南桂机035”轮从佛山高明开往顺德途中偏离主航道，触碰九江大桥非通航孔的桥墩，造成九江大桥三个桥墩倒塌，其所承桥面约200米坍塌，“南桂机035”轮沉没，有4辆汽车坠入河中，造成9人失踪。被撞后的九江大桥九江大桥事故肇事船舶™“3·27船碰金塘大桥事故”2008年3月27日零时40分左右，浙江舟山大陆连岛工程5座桥梁中规模、投入最大的关键项目金塘大桥被空载的浙江台州路桥勤丰船务有限公司所属的“勤丰128”轮，总吨位7122吨，船长134米、宽19米、深9.2米，在非通航口与大桥碰撞，两片长约60米的大桥箱梁塌落后，两个厢梁已经折断成人字部分砸在货轮驾驶台上，致使4名船员失踪，60米长、3000吨重的桥面箱梁塌陷。3月27日，肇事船只“勤丰128”停泊在被撞的金塘大桥附近浙江一轮船与宁波金塘大桥碰撞‰船桥碰撞研究范畴9船舶航行碰撞风险研究9桥梁被撞风险（概率）研究9船舶撞击力研究9桥梁抗撞能力和安全评估研究9船桥碰撞数值仿真研究9船桥碰撞主动防撞方法研究9船桥碰撞被动防撞方法研究9船桥碰撞桥梁设计标准研究9船桥碰撞三维视景仿真研究•国内外研究概况及发展趋势−国际上关于船桥碰撞问题的系统研究开始于20世纪80年代初。9IABSE（InternationalAssociationofBridgeandStructuralEngineering）于1983年在哥本哈根召开了一次国际会议讨论此问题，这是对船桥碰撞问题的第一次研讨会。91991年IABSE发表了《交通船只与桥梁结构的相互影响》。91993年IABSE出版了“船舶碰撞桥梁”专册。91995年成立了一个国际PINAC小组，成员来自九个国家，该小组经过五年的工作，建立了包括151起船撞桥事故的国际数据库。91997年欧洲统一规范（Eurocode）第一卷（Eurocode1）第2.7分册开始试用，试用期为三年，此分册规定了冲击与爆炸事故设计荷载的确定方法。−我国对船桥碰撞问题的研究主要是从上个世纪九十年代以后开始进行。（1）船桥碰撞的力学研究主要是针对具体的船桥碰撞情况，研究船桥碰撞中碰撞力、能量吸收机制和结构的碰撞损伤过程。它及材料学、刚体动力学、塑性动力学、结构动力学、流体力学、岩土力学、钢筋混凝土力学以及损伤力学等多种学科。船桥碰撞的力学研究采用的方法大体可划分为模型试验法、统计分析法、数值求解法、有限元仿真计算法等。（2）船桥碰撞风险研究第一是船桥碰撞的概率分析；第二是船桥碰撞的后果分析；第三是船桥碰撞的风险准则研究。（3）船桥碰撞事故研究最著名的是由PIANC成立的第19工作小组，建立了一个包括151起船桥碰撞事故的国际数据库，并对相关问题进行了研究分析。在交通部规划院所作的长江干线船舶交通管理系统（VTS）总体建设方案论证以及长江航道规划院所作的“内河跨河建筑物通航尺度与技术要求”专题研究中也都对船桥碰撞事故作了部分研究工作。对船桥碰撞事故进行较全面、较系统的分析和研究到目前为止还很少看到。（4）桥梁防船舶撞击设计方法研究美国于1991年出版的AASHTO指导规范，该规范对大桥的防撞设计推荐了三种方法：方法Ⅰ：一种带有猜想性质的简单方法，适用于浅水航道、以驳船运输为主的情况；方法Ⅱ：一种根据概率论提出的风险分析程序，用于确定桥梁结构合适的船舶撞击设计荷载，通过桥梁倒塌概率及风险准则的比较来校核桥梁结构的强度；方法Ⅲ：基于费效比的方案优选方法，适用于航道极宽、多座桥墩有被撞可能的情况。（5）桥墩抗船舶撞击研究世界范围内对于桥梁船舶撞击设计问题已经有近30年的研究历史了，完成了两本比较系统的桥梁船舶设计规范或指南（AASHTO桥梁船撞设计指南，欧洲统一规范2.7分册）。我国桥梁船撞问题的研究则起步于1985年以后，虽有一些研究，但一直没有得到系统化，也不深入。中国、美国、欧洲船撞力规范中、美、欧规范船撞桥条款的简要比较•三峡库区船桥碰撞规律、防撞措施设计与预警系统研究概况9项目研究的主要目标：¾研制三峡库区船桥碰撞风险评估系统，及相应的船桥碰撞数据库和可接受风险标准，提出桥区水域船-桥避碰引航和操纵方案；¾研制适合于三峡库区高水位落差特点的桥墩防撞装置，在三峡库区跨江特大桥上应用主动防撞+被动防撞相结合的综合防撞设施，实现对桥梁、船舶的双重保护；¾建成三峡库区水上交通安全系统（GPS），使其在桥区具有较强的船桥碰撞预警功能；四是编制三峡库区船桥碰撞设计指南。9项目研究的主要内容：1.研究三峡库区航道以及通航船舶船型的发展趋势，预测今后通航船舶的构成及通航密度；2.研究三峡库区在通航条件发生改变的情况下，库区船舶的操作性，重要跨江大桥区段船舶习惯航迹线的变更情况；3.利用计算机模拟船舶在库区典型桥区河道内的航行状态，研究桥区水域风、水流、能见度等影响参数对船舶偏航概率的影响，建立船桥碰撞概率的数学模型；4.将计算机模拟和实际观测相结合，从船舶驾驶和航行方面提出桥区水域避免船-桥碰撞引航和操纵方案，减少船桥碰撞的概率；5.对船-桥碰撞过程进行计算机仿真模拟，通过大量的仿真计算，确定各种工况下的船舶撞击力；6.对本项目依托工程1～2座跨江特大桥，研制适合于三峡高水位落差的浮式桥墩防撞装置，论证主动防撞和被动防撞设施相结合的效能；7.研究如何在水上交通安全系统（GPS）增强船桥碰撞的预警功能，分析现有航道、海事部门在桥区附近所设置的航标、控制信号台、监督站等措施减少船桥碰撞上的作用；8.编写三峡库区船桥碰撞设计指南。9项目拟解决的关键技术：一是研究三峡库区船桥碰撞的规律；二是研制适合于三峡库区桥梁防撞措施；三是研究三峡库区船桥碰撞预警问题。9项目研究的创新点：™运用风险的思想研究三峡库区船桥碰撞问题；™利用计算机模拟船舶的航行状态，从船舶驾驶和航行方面对船舶偏航进行研究，并结合实际观测提出减少船桥碰撞的方法；™研制适合于大水位落差的桥墩防撞装置，综合考虑主动防撞和被动防撞设施相结合的效能；™综合利用GPS卫星定位技术、先进的无线通信技术和大屏幕显示技术，实现对库区船舶的在线监控和预警。船撞桥防真分析船舶撞击力时程图能量变化时程‰船桥避碰存在的主要问题•桥梁设计思想和策略存在的问题；•通航河流的桥梁选址存在的问题；•通航船舶适航度存在的问题：¾人员不适航（主要因素）¾设备不适航¾通航环境不适航¾管理不适航•桥区安全监控和预警机制存在的问题船桥避碰重在预防，如何借助船舶交通管理系统、GPRS车船全球卫星定位系统、船舶自动识别系统、CCTV视频监控系统等先进技术，实施桥区安全监控，实施船舶撞击桥梁紧迫危险时的预警机制，已经成为可能。•船桥碰撞问题研究方向中存在的问题¾船桥碰撞的计算方法已经落后，应充分利用计算机的发展，提出新的算法；¾桥梁防撞领域已经取得很多研究成果，但这些研究多局限于探索某一具体的因素规律，尚未有可以直接应用于设计的研究成果；¾国内外对船桥碰撞问题没有形成统一的规范；¾目前研发的防撞设施，造价过于昂贵，难以在很多的桥梁上付诸实施。‰船桥避碰对策•引入风险分析方法，进一步完善设计规范；•严格按规范要求选择桥址；•采取各种措施提高船舶过桥适航能力：¾加强船员培训力度，提高船员职业素质、业务水平和岗位适任能力是减少人为过失的重要保障；¾完善桥区助航标志；¾建立健全桥区安全管理制度和执行力度；¾促进桥区水域安全保障技术由经验型向自动化、智能化方向发展；¾开发船桥避碰专家库；¾研发新型的柔性防撞装置。重建后的阳光桥阳光桥的防撞设施谢谢！