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国际船桥相撞及其防御会议总结和感言——周丰峻院士演讲(摘编)

桥梁工程与技术网 2014-05-15
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  一、会议圆满成功

  此次会议在船撞桥工程领域的深度和广度为国内首次,有的放矢地针对了船桥相撞问题。现在船桥相撞矛盾日益突出,事故数量增大、人员和财产损失巨大。本次参会的老、中、青三代学者和工程技术人员各抒己见,可谓百花齐放,百家争鸣。我们不久的将来能够把船撞桥这么一个重大安全问题解决好。我们有时候做的工作在国际上比人家强,常常是不说而已,但学术交流是要做好的。今天船桥相撞会议开得圆满成功。

  二、收获巨大

  通过听取本次会议的专家报告,总结收获如下:

  技术方面研究深入

  对于船桥碰撞问题,工程力学主要的研究方法有:理论推导和分析,有限元模拟计算分析和仿真计算以及实验室试验研究与工程试验等三方面。另外还涉及工程力学以外的与船撞桥相关的一些问题,如:风险的分析、规范的制定、还有包括管理等方面都做了研究。哪一方面都不可缺少,因为“船撞桥”本身就是一个系统的工程,所以我觉得这个会开得好,这个专题会议少不了,将来还可以向前推进。

  对产生灾难事故的因素分析的十分到位

  船撞桥的显著特点是影响因素多。因此不能只研究单一因素,必须结合工程具体分析,影响因素包括:

  (1)结构方面(墩子、桥梁、船舶);

  (2)桥的净空(通航条件);

  (3)水流的影响(高低水位、流速等);

  (4)天气的影响(雾)。

  这些都是造成事故的原因,并且很难避免。所以,这个事情要详细的分析,针对这个特点再制定我们的治理措施,有的是属于技术的,有的是属于管理的,有的是属于各种信号的以及规范的制定等等,涉及面是相当多的。所以围绕这个问题我们需要广泛的开展工作。

  探索治理与防护的手段

  本次会议提出了防护设计思想:最重要的思想是柔性防护,围绕着柔性做工作就能获得成功;另外一个是外围工程构筑物防护,就是在需要保护的结构周围增加附加的工程构筑物作为防护。对于大吨位船舶撞桥采用柔性防护是最科学合理的方法。

  柔性防护的理论需要认真遵循、认真研究

  冲击动力学方面搞得多的,国内公认的有中国科技大学、宁波大学和中科院力学所等,这么些单位带头带的好,带头将理论为国防和国民经济服务。这方面王礼立校长的研究最具代表性及启发性。

  从作用与响应的时间来说,可分为3类:冲击波动力学是一个波动过程,要分析毫秒级、10毫秒级,在这短时间过程该坏就坏,时间长了就不是它的问题了,有效的防护设计必须要考虑瞬态波动的影响;结构动力学是秒级、10秒级的问题,所以我觉得我们还要进一步把结构动力学深入做好,解决在船撞桥的相互作用荷载下,主体桥墩和桥梁的结构响应安全控制问题;静态力学很重要也很有用,这个大家都很熟,这次会的论文中也有指出连静力范围的材料力学也未遵循,更应及时解决。我想我们抓住柔性防撞理论基础的这个工具,从理论上处理好瞬态波动和结构振动的衔接分析方法,我们要掌握好拿来好好分析船撞桥过程。

  抓住技术关键:防护效果好就是要利用粘弹性或弹塑性

  解决耗能问题的思路有两种,我们要抓住技术的关键,我们怎么做到防护的效果好?我看好多专家都讲到了耗能,这个耗能我看已经自然的形成了两条路子,就主要发展思路提的一些建议,有理论的分析和实验的支撑,这两个思路是挺好的。

  第一个,它总体的设计思路:钢外围,钢围内部做一个弹簧粘滞性元件这么一个思路。但是它是一个群体作用,是一个集群的防撞系统。主导的思想是外围是大刚性的,中间的防撞圈是粘滞性弹簧阻尼系统,我觉得这个思路以宁波大学、上海以及工厂的论文都介绍了这个方面的经验,都是好的,这使我们对这个防撞系统的认识深刻的多了。

  还有一个就是箱型结构,或者浮舟式结构防撞装置,这个是靠着被压溃的变形吸收能。也同样实现了防撞,它也能将撞击能控制在秒级,这个思路不完全一样,它主要是弹塑性耗能的作用,但塑性变形不可恢复,二次作用效果将会劣化。刚才我们说刚柔并济的第一种方法是粘弹性,两者原理稍微有点不同。还有浮舟式缓冲装置,这些思路也是好的。我刚才听报告觉得也是很精彩的,有效的,所以这方面也可以继续发展,还可以进一步作分析。

  三、对主要发展思路提一些建议

  我想对这些主要发展思路提一些建议,今后该往哪个方向发展?

  第一方面,对于这个有外钢围和粘弹性防撞圈的防撞装置下一步该改进的方面我提一个建议:目前我看到有Ф400mm、Ф600mm、和Ф800mm的三种防撞圈,每种应该都有动态和静态的拉、压“力-变形”曲线。Ф800mm的已有3型和4型两种冲击“力-变形”曲线,实际上试样是由两种不同直径的钢丝绳分别绕成的,就是有不同的“环径/绳径”,或称“环绳直径比”。我首先感觉到问题是刚度太强,其中600mm我看比较好,它基本上确实是一个非线性软化的曲线,所以这里面有一个优化设计的问题。我们希望不要像个橡皮,不要形成非线性硬化性质,钢丝绳一定是应当具有非线性软化的性质,橡皮到硬化阶段后,变形少耗能少,效果就差。再比如说钢丝圈的钢丝绕制构造一定是要对旋的,绕制有左旋也有右旋,一定要是这么做的,如果你不这么做,钢丝圈一压跑偏了,因为受压后出现旋转力矩,好多单位都遇到这问题,工艺上还得专门研究。非线性软化原理原来是航天工程用的,上天的东西全部都是这个样子的。为什么上天的时候,那么大的冲击力,那么大的加速度还不要紧呢?都是这些小的钢丝绳隔震器起作用,随便你晃动,它都挂的很稳,吊装仪器就靠这些弹簧隔震。从我们工程界看到了这个科学院所走在前面,是他们搞的,搞了以后咱们工程界马上跟着学,他们可以用在天上,我们改进之后也可以用在地上和水上,哪儿都能用。

  那么第二类防撞装置呢,就是用钢结构压溃大变形吸收能的方案和玻璃钢弹性到压溃吸收能的方案,玻纤的搞了两套办法都挺好,一个是蜂窝的,不是具体的小蜂窝,而是六边形的大的蜂窝结构,在冲击作用下弹性变形很大,产生弹性位移10cm都没有问题的。还有一种是闭孔聚酯泡沫,这个变形很大,你可以控制它的变形量,美国人对这个很重视的,他听说我们中国搞出来泡沫铝了,他就问这个泡沫铝是怎么回事啊?我这一说他就吃惊了,泡沫铝比重很小,孔径达到3mm,有强度,扔在水里面会飘起来,比国外做得好,这就是工艺上创新解决的问题。所以我想我们这个闭孔聚酯泡沫耗能机制也可以应用到船桥相撞的隔震设计中来。

  限于时间,谢谢各位。

  (由赵振宇、陈国虞等根据录音摘要简编,经演讲人审阅。 )

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