广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：本文主要总结了现有桥墩防护装置的类型和特点；详细介绍了弹性变形型、抗压变形型、变位型等常见桥墩防撞设施和纤维增强聚合物复合护舷材料，锥形桥墩防撞装置，张力腿浮箱式桥墩防撞装置等新型防护装置的研究成果和工程应用成果；并分析了目前桥墩防撞装置存在的问题和未来的发展趋势。
关键词：桥墩;防撞;装置;综述
1.前言
随着交通运输业和经济建设的蓬勃发展，横跨江海的大型桥梁越来越多，与此同时船舶撞击桥墩事故频发[1]。船舶撞击桥墩事故不仅会使桥梁受损而导致承载力下降，造成桥梁垮塌，使船舶受损沉没造成人员伤亡[2]。并且，后期重建桥梁和疏通航道的费用也十分惊人[3]。
世界上损失最大的船撞桥事故之一是美国的阳光大桥被撞事件。1980年，美国福罗里达州横跨泰姆伯湾的阳光大桥被一艘空载的35000t载重的散装货轮撞击而倒塌，事故中35人丧生，船舶价值1300万美元，阳光大桥的价值是25000万美元，损失巨大[4]，如图1所示；
在我国，近段时间也发生了几起较大的船撞桥事故。2007年6月15日凌晨广东省佛山市325国道九江大桥因船舶撞击而发生倒塌，如图2所示；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撞，导致船体破损进水，最终货船沉没。
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图1阳光大桥被撞毁情形
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图2九江大桥被撞毁情形
由此可见，船撞桥梁的事故往往会造成结构破损、货物泄露、环境污染、人员伤亡，甚至桥梁损毁等灾难性的后果，给国民经济带来了巨大的损失。
墩柱作为桥墩、建筑物和海洋结构中承载轴向载荷的结构构件，在船舶碰撞事件中固有地处于横向冲击载荷的危险中，施加在柱上的侧向冲击荷载会导致结构整体的严重破坏甚至倒塌。
针对此现状，设计能够承受所需船只冲击载荷、不发生桥梁坍塌的裸露式桥梁元件，以及保护碰撞船只免受严重破坏是至关重要的。
2.桥墩防护装置设计原则及类型特点
2.1桥墩防护装置设计原则
防撞设施的设计需要根据桥墩的自身抗震能力、桥墩位置、桥墩外形、水流的速度、水位的变化情况、通航船舶的类型、碰撞速度等因素进行。防撞设施一般应满足如下要求：
（1）对碰撞的船舶能量进行消能缓冲，使船舶不能直接撞击桥墩，或使船舶碰撞力控制在安全范围内。
（2）防撞设施不能影响航道的通航，占用航道范围尽量少。
（3）通过合理的结构、材料布置，尽量减少船舶的损伤。
2.2桥墩防护装置分类
按设置场所的不同，防护装置可分为设施与桥墩相连安装的直接构造和距离桥墩安装的间接构造；按船舶冲撞能量吸收方法分类，可以分为三类：一是因弹性变形吸收冲撞能量的弹性变形型；二是因压缩压屈、弯曲破坏等来吸收冲撞能量的抗压变形型；三是利用重力或浮力产生的还原力吸收冲撞能量的变位型。
3.新型桥墩防护装置
新的交通形式下，为满足我国日益增长的交通需求，进行了大量的桥墩防撞装置的研发工作，各种新型桥墩防护装置也运势而生。新型桥墩防撞装置因在消能效果、强度、耐久性、安装维护、缓冲变形等优异性能而进行了大量的研发和推广应用，新型桥墩防护装置有新型的大型复合缓冲系统、新型锥形桥墩防撞装置和新型摩擦桩式防撞装置等。
3.1新型的大型复合缓冲系统
纤维增强聚合物(FRP)复合材料具有强度高、刚度高、重量轻、耐腐蚀性能好、缓冲性能好等优异的材料性能，在抗碰撞结构领域具有特殊的应用前景。
近年来，开发掺玻璃钢的复合结构以有效消能减震已成为研究的热点。为了开发与FRP结合的复合结构用于消能泡沫夹层板，对两种GFRP蒙皮和聚氨酯（PU）泡沫芯进行了准静态压缩试验，结果表明泡沫芯在增强能量方面具有重要作用。然而，由于泡沫芯的强度和刚度较低，泡沫芯夹层板的刚度和峰值强度非常低。它们不适合桥梁防撞设施，因为碰撞过程中会产生巨大的冲击力和能量释放。
3.2新型锥形桥墩防撞装置
防撞装置包括防撞体和支撑柱；所示的防撞体包围在桥墩外部，且防撞体为锥形结构，由上至下距离桥墩越来越小，所示的支撑柱支承在桥墩和防撞体之间，且支撑柱和防撞体锥面垂直。此发明将防撞体设计为锥形结构（防撞体直径上大下小），并同时设置支撑柱结构，可以使船舶垂直于桥墩的冲击力分散为沿为防撞体斜面方向和沿支撑柱的两个力，有效的分散力船舶的冲击力，相比于传统的冲击力均垂直于桥墩方向其缓冲能力更强，保证了桥墩的安全。
3.3新型摩擦桩式防撞装置
该防撞设施置于大桥桥墩前部，每个桥墩航行方向上各布置2个防撞设施，每个防撞设施包括5个抗撞吸能墩与连接吸能墩的工字型钢围栏两部分。其中每个抗撞吸能墩分别由1个抗拉桩和2个抗压桩组成。在船舶撞击防撞装置时，可以利用较柔性的吸能桩柱的变形和位移，以及工字型钢的弹塑性变形吸收全部的船舶动能，致使船舶在偏离航道后，依靠防撞设施使船舶在撞上桥墩之前停下来，保护桥墩。
3.4其它新型桥墩防撞装置
随着交通事业的快速发展，新型桥墩防护装置近年发展迅猛，国内外研发的新型桥墩防护装置还有新型桥梁桥墩防撞装置,一种多级防沉的桥墩防撞装置等；新型桥墩防护装置具有通过吸收撞击能量来保护桥墩和维护成本、难度低等优点，表现出优异的发展前景和应用范围。
4存在的问题
随着航运业的发展，船舶的数量、吨位和航速都得到了极大增长，研究技术和规范也发生了较大变化，这对于现有的桥墩防撞装置是一个极大的挑战，在现有的桥墩防撞装置主要存在以下问题：
（1）目前，国内航道船舶大型化的现象比较普遍，桥墩防撞装置面临很大压力。据交通部统计，2008年通航船舶平均载量仅276t，2015年达到559t，比2014年增大6t，是2008年的2倍以上，船舶大型化给跨航道桥梁带来的安全风险与日俱增。
（2）内河桥梁常用防撞形式为防撞墩和橡胶护舷，但存在刚度大、老化性能差等问题。防撞设施要有相当的强度，简单的缓冲材料方式不能达到防撞的效果，如钢和木板结构。
5结论
随着我国水运交通建设的蓬勃兴起，船舶数量逐渐增加，船舶撞击桥梁事故常有发生，造成桥垮、船损、人亡的严重后果。本文在总结桥墩防撞装置分类及特点、设计原则的基础上，根据近年国内外新型桥墩防撞装置的研究成果，得出以下结论：
（1）传统桥墩防撞设施中，缓冲材料方式材料易老化且寿命短，耐久性差，吸能效果一般；重力式防撞设施规模大，维护管理复杂，造价高昂和碰撞损坏后维修困难，目前已不常用；人工岛防撞设施影响航道通行，建造工程量大。
（2）船桥碰撞试验的模拟真实性研究不够等问题限制了新型桥墩防护装置的发展，未来新型桥墩防撞装置将向护舷材料和缓冲工事方向发展。
参考文献
[1]曾克俭.桥墩防撞设施研究及其应用综述[J].中南公路工程,1996(04): 41-45.
[2]钱长根,刘伟庆,方海,祝露,周叮.吴淞江大桥桥墩抗船撞能力评估研究[J].公路工程,2014,39(06):61-65.
[3]洪娟,陈云鹤,吴广怀.桥墩防撞导偏轮受撞后作用力及能量转换特性[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2012,13(03):330-335.
[4]邵旭东,占雪芳,廖朝华,晏班夫,刘俊珂.从美国阳光大道桥被撞重建看现有桥梁防撞风险评估[J].公路,2007(08):33-37.