阳建军

摘要：FRP柔性防撞浮箱、套箱是内河桥梁防撞处理工程的新型工艺，具有生产周期短、轻质高强、耐腐蚀、造价低、安装便捷、使用寿命长和维护成本低等特点。FRP柔性防撞浮箱、套箱的单元箱间采用空间燕尾榫槽连接方式及单元箱内箱壳柱壳密贴接触连接方式，须通过高精度制造保证产品尺寸和结构质量实现，目前国内外较难实现机械化工艺成型，采用手糊工艺成型的产品尺寸精度和产品质量保证技术难度较大。

Abstract： FRP flexible anti-collision buoyancy tank and box are new technologies for collision-resistance treatment of inland river bridges. It has characteristics of short production cycle， light weight， high strength， corrosion resistance， low cost， easy installation， long service life and low maintenance cost. The space between the FRP flexible anti-collision buoyancy tank and the boxed unit box adopts the space dovetail groove connection method and the close contact connection method of the box shell and cylindrical shell in the unit box. It must be manufactured with high precision to ensure the product size and structure quality. It is difficult to achieve mechanization process molding at home and abroad. The product dimensional accuracy and product quality assurance through using hand lay-up process is more difficult.

關键词：FRP柔性；新型工艺；空间燕尾榫槽；手糊工艺

Key words： FRP flexibility；new process；space dovetail groove；hand lay-up process

中图分类号：U443.26 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0110-02

0 引言

随着内河通航要求的不断增长，航道扩能升级工程在内河上已广泛开始，而航道扩能升级后，桥梁的船撞风险及撞后损伤程度随着船舶吨级的增大而增大，因此桥梁防撞处理工程广泛应用在内河桥梁上。以往桥梁防撞工程都为传统的防撞墩结构形式（钢筋混凝土结构），而新型的FRP柔性防撞浮箱、套箱的结构形式也开始呈现。FRP柔性防撞浮箱、套箱既能达到混凝土防撞墩效果而保证桥梁结构安全，又能避免与桥梁扩建及加固维修施工冲突，还能减少船舶的撞击损伤和增加防撞结构的美学效果，并能降低工程建安造价和节省后期维修养护。

FRP 柔性防撞浮箱、套箱单元箱的结构形式为FRP 六面体箱壳构件内装相互密贴但不连接的FRP多边形柱壳构件（大部份为八边形柱壳构件，少量为六边形、五边形柱壳构件）并内衬FRP横向圆弧板构成的FRP柔性箱体结构。浮箱、套箱单元箱的顶面，设有便于柱壳构件装进和取出的人工检查井。浮箱单元箱的底面，设有提供吊装吊带绑扎空间的支墩。FRP柔性防撞浮箱的单元箱，设计成底板封闭的浮力单元箱和底板开孔的水阻单元箱，用于桥梁的墩柱上，可随水位变化而上下浮动。浮箱箱体采用空间燕尾榫槽连接方式积木式组合成整箱的FRP组合式环形箱体结构，水阻单元箱支承于浮力单元箱之上，提供浮箱结构压重稳定和水下抗撞保护所需的淹没深度；浮力单元箱带动水阻单元箱整体上下浮动，提供浮箱承台顶面以上各水位的桥墩全天候、全方位船撞防护。FRP柔性防撞套箱设计则全为底板开孔的水阻单元箱，用于桥梁承台上，套箱为固定在承台上。具体见图1、图2。

1 工程特点

FRP柔性桥墩防撞浮箱、套箱（下称“FRP浮箱、套箱”）从结构上设计成有不同单元箱体（包括端箱和边箱）组合而成，生产上采用“先模型、后模具、再产品”的制造技术，而单元箱体及相关构件采用玻璃纤维手糊成型工艺制作。

FRP浮箱、套箱生产须专业的复合材料生产厂家快速生产，采用水运将成品运输至安装现场并水上快速安装。整个过程，厂家制造质量的可控保证结构性能可靠，同时水上安装工期短和占用航道少减少通航干扰和安全隐患。还能借助一期建安造价低和后期维修养护节省提高其寿命期的经济性。单元箱损坏后能快速更换投入使用，减少二次撞击事故以增大期全程安全性。

2 FRP浮箱、套箱制作与安装

2.1 FRP浮箱、套箱制作

2.1.1 制作材料 FRP浮箱、套箱是一种由无碱玻璃纤维（EGF）增强高韧性乙烯基酯树脂（VER）复合材料的新型材料浮箱，且其表面涂覆一层具有阻燃性、抗紫外线老化和水蚀老化的乙烯基酯胶衣树脂。

2.1.2 制作工艺 FRP浮箱、套箱中单元箱体及相关构件生产工艺将采用复合材料成型的手糊工艺。手糊成型工艺又称接触成型，是以乙烯基酯树脂为基体材料将玻纤增强材料浸透并固化粘结成一体的成型方法，是树脂基复合材料生产中最早使用和应用最普遍的一种成型方法。手糊成型工艺具有生产准备时间短，操作简便，不受产品尺寸和形状限制等优点，尤其适用于形状复杂和尺寸较大的产品制作，且可根据设计要求对产品的不同部位进行灵活补强已满足设计要求。

2.1.3 制作流程 FRP浮箱、套箱产品的外形尺寸和组装尺寸精度要求高，尤其是燕尾榫和燕尾槽的定位配合要求高，因此如何控制生产前的模具尺寸变形等模具质量成为成型工艺流程中的重要环节，以避免单元箱体的相对偏差过大造成无法组装的情况。FRP浮箱的单元箱体和相关构件的生产工艺流程如下所述：分块模具检查→模具组装→模具表面清理→模具尺寸验证→原材料准备→胶衣涂刷→凝胶后（触摸）→FRP铺层→固化脱模→外观检查→硬度测试→尺寸测试→产品清洗。

2.1.4 铺层设计与手糊 由于FRP浮箱、套箱产品的厚度精度负偏差要求高且要控制产品的重量，因此在浮箱生产前需根据铺层工艺进行试制样块（350×350mm）对工艺设计的厚度和树脂含量进行验证和调整，从而确定最终的生产铺层工艺，以确保浮箱产品的厚度质量和整体重量。同时要进行树脂凝胶试验以确定树脂和固化体系的配方，以控制生产过程铺层树脂的固化时间相对均匀和稳定，以免铺层树脂固化过快造成铺层发白、气泡、离层等质量缺陷和铺层树脂固化过慢造成铺层树脂留空和铺层堆积变形等质量问题。

浮箱、套箱箱体制作铺层前，应设计好最优的铺层工序分型图（最节省材料、分布均匀、手糊完成后整体效果最好、施工时间短），铺层厚度不宜过厚，避免出现过厚而造成过烧发白等质量缺陷。每个工序必须严格按照分型图进行下料和施工，箱体制作须把箱体模具组装并固定在平整的地基面上。

制作纤维布铺层时，纤维布的铺设要规整，边缘平齐，无褶皱，无隆起和折叠的情况，每块纤维布要有一定的搭接长度，并且每层铺层时把纤维布的接缝错开一定的长度，以避免接缝处搭接重叠过厚。每铺设一层纤维布后应涂刷一层樹脂，确保树脂完全浸透纤维布，不允许存在缺胶或树脂过多产生流挂现象。每次铺层手糊前应打磨或使用铲刀清除第一次铺层固化后表面的毛刺或气泡，并清除打磨粉尘，避免不同次铺层界面存在离层或气泡缺陷而引起产品的强度降低。

2.2 FRP浮箱、套箱安装

浮箱、套箱制作完成后，需要进行箱体的预拼装和浮力箱的渗水试验。

2.2.1 箱体预拼装 箱体整体拼装场地：在制作厂家清理一块面积30m*30m场地进行单套浮箱、套箱的预拼装工作。拼装前要设计一个拼装平台，拼装平台标高要求全部在同一水平面上并牢固平稳，保证浮箱安装时所用浮箱都保持水平。箱体拼装完成后按设计要求对浮箱整体尺寸及精度进行验收。

2.2.2 浮力箱渗水试验 预拼装验收合格后，对浮力箱进行渗水试验。将每个浮力箱用吊带吊起，放入水面、水深满足的水域中进行渗水试验。浸泡48小时（淹没深度1m），检测浮箱的渗水情况，每个浮力箱箱内不渗水为检测合格。

2.2.3 水上安装 箱体预拼装及渗水检验合格后，用运输车装载单个箱体到装船码头位置。装船时需注意不要让箱体与船舱进行碰撞，避免出现箱体外观缺陷，需要将浮箱用软质绳索固定在运输船上，要求固定牢固，不能晃动。

①浮箱安装。桥墩柱每套FRP浮箱安装前，为了安装的安全快捷，将单个箱体拼装成2个端箱、2个边箱四大件进行安装。浮箱采用浮吊船进行吊装施工，分两次吊装将两个整体端箱先放置在桥墩的支乘排架上，对端箱进行精确定位，采用手拉葫芦固定（手拉葫芦还可用于浮箱的位置微调）。端箱安装到位后，为了防止端箱出现倾倒隐患，还须要采取固定措施，可先在桥柱上安装一组由钢丝绳包围组成的定位加固端箱用，高度在平台上端约8至10米左右见图3。（使用吊缆、手动葫芦调节安装）。然后起吊两个边箱与端箱燕尾榫对位组装连接，实现浮箱的水上快速安装。浮箱安装完成效果图见图4。

②套箱安装。桥承台每套FRP套箱安装前，同样须要拼装成两个整体端箱，分别安装在桥承台两侧，采用浮吊水上快速安装。

3 结束语

FRP柔性防撞浮箱、套箱在桥墩受到不超过其设计船撞荷载等级的失控船舶撞击时，箱体通过柔性效能和粘性耗能，可使桥墩承受的船撞力最大降低50%以上且小于桥墩抗力，从而保证全桥的结构安全，并时船舶撞损破坏最大减少30%以上且能缓慢回弹推动船舶滑移离开，因而具有“既不伤墩，又少伤船”的桥墩柔性防撞功。FRP柔性防撞浮箱、套箱由于其优点明显，可能会广泛应用于内河桥梁防撞工程上，对于其箱体的制作、安装工艺进一步优化，可能将产生更多效益。

参考文献：

[1]GB50139-2010，内河通航标准[S].

[2]GB50608-2010，纤维增强复合材料建设工程应用技术规范[S].

[3]郑博文.FRP桥墩柔性防撞浮箱燕尾槽连接结构行为研究[D].重庆交通大学，2016.