城市桥梁防车撞研究

2019-03-26

福建质量管理 2019年14期

(重庆交通大学土木工程学院重庆 400074)

一、引言

为满足城市交通的需求，公路、桥梁、轨道成了必不可少的基础建设，其中城市跨线桥起着尤为突出的作用。随着城市化进程的不断深入，汽车数量快速增加，而车辆超高、超速，驾驶人员违规驾驶以及交通标志、防撞设施不完善等问题引发的车撞桥梁的事故时有发生。事故一旦发生，轻则路段封闭，车辆无法正常行驶，造成大面积交通瘫痪，对桥梁结构造成影响；重则车毁桥垮，对车辆驾驶人员造成生命威胁，损失难以预估[1]。

为缓解交通压力和城市拥堵问题，城市桥梁的建设必将进一步增长，因此保护桥梁安全运营特别重要。在车辆撞击桥梁事故中，桥墩、主梁和护栏存在较大的被撞风险，是主要的撞击易损构件。其中，桥墩作为桥梁竖向的主要承重构件，防撞能力相对较弱，一旦发生撞击特别是重载汽车碰撞下，将可能引发桥梁的整体坍塌，发生严重事故[2]。

二、桥梁事故风险性及实例

相关数据显示1966到2005十年间共发生1502起桥梁破坏事故，其中撞击事故高达200起，达到总事故的14%[3]。北京市交通部门统计，在北京1000多座立交桥中，近50%都发生过撞击事故。

2009年3月23日，渝黔高速公路一品至界石路段上两辆货车发生车挂，欲躲避的货车突破波形梁护栏约束，冲入中央分隔带撞断了人形天桥的支柱，导致人行天桥整体垮塌，造成1死4伤，路线中断3小时。

2014年12月11日，昆明西二环快速通往安宁匝道口方向，一辆奔驰越野车在撞到匝道口的隔离墩后起火爆炸，乘客全部遇难。

2018年12月24日，重庆市西城大道附近，一辆渣土车撞上轻轨2号线桥墩，货车车头严重变形，司机当场死亡。

可见，车撞桥梁事故频繁发生，对城市交通运营造成严重影响，因此研究桥梁防撞措施，有效地保护桥、车、人的安全尤为重要。

三、城市桥梁防撞装置分类及研究

我国桥梁防撞装置的分类和研究最早是建立在船舶撞击桥梁领域，但随着国家陆路运输的快速发展，逐渐运用于城市桥梁防车撞上。

(一)防撞装置分类

从桥梁采取的防撞方式来看，有主动防撞和被动防撞两种。

1.主动防撞。桥梁主动防撞是指在桥梁区域采取预警、导航、交通管制等综合措施提醒驾驶人员遵守交通法规，安全驾驶减小车辆撞击桥梁概率。但主动防撞只是一种预防手段，并不能完全避免车辆撞击桥墩的发生。主动防撞技术要结合被动防撞设施，才能做到“攻防兼备”，大大减少车撞桥事故发生，降低桥梁及车辆的损坏，保证桥区安全[4]。

2.被动防撞。桥梁被动防撞一般可分为避撞和防撞[5]。

避撞是指在桥梁结构设计中提高桥梁抵抗车辆撞击的能力，让桥墩回避车辆撞击的方法。主要考虑因素有：(1)公路宽度有限，没有足够的空间设置防撞装置或装置与桥墩之间的距离不满足要求；(2)虽护栏的设置使得单个事故的严重程度降低，但由于减小了车辆可行驶区域，可能造成车辆撞击(护栏)事故的增加，其撞击损失总额很有可能会超过不设置防护的情况。对桥墩自身进行防撞设计时不需额外设置区域，并且省去维护费用等[6]。但方案的设计需要根据桥墩自身的抗力、桥墩位置、路线线型、车辆类型、造价等多方面因素综合考虑，十分复杂。

独立防车撞是指在桥梁外围设有防撞墩、防撞护栏等设施将车辆与桥墩隔离，避免桥墩受到车辆的直接碰撞，给桥墩提供更可靠的保护。我国目前还没有建立统一的防撞设施设计规则，王君杰等学者从工程师的角度出发，建议将桥墩被动防撞系统分为3类：独立式防撞系统、附着式防撞系统和一体式防撞系[7]，更加直观易懂。

第一类防撞系统需要与桥墩保持一定的安全距离，常见装置有独立防撞墩、防撞护栏等。这种装置是利用防撞系统的联合弹性变形吸收车辆的冲击能量，独立布置，及时止住车辆，有效地对桥墩进行保护。缺点是对高能量碰撞的防护效果较差，修复成本较高，适用于行车速度不高的区域；第二类装置附着于桥梁结构，主要利用材料自身变形来实现车辆撞击桥墩时的能量转换，碰撞时消耗部分能量，减小对桥墩的撞击，从而保护桥墩。同时，装置的自身变形能够减小碰撞时车辆的变形量，保护车上人员安全。该种装置安装方便且便于维修更换，适用多种复杂的环境。但由于体积较小，结构自身变形受限，一般适用于小能量的撞击防护；第三类比如采用钢筋混凝土、钢结构等形成的防撞结构体系，如混凝土承台，绿化带、人工岛、混凝土护栏等。

(二)新型防撞装置研究

新的交通形势下，为满足现代交通工程需求，进行了大量的桥梁防撞装置的研发工作。

巫祖烈等学者[8]通过船桥碰撞试验，验证了泡沫铝防撞装置具有一定的吸能效果及对桥墩的保护作用。李嵩林等学者[8]对环保型浮式柔性防撞装置进行碰撞试验，通过比较防撞前后防撞设施各参数的变化，研究其吸能效果并进行数值仿真分析。胥睿学者[9]将波形钢板橡胶混凝土、平钢板橡胶混凝土和橡胶混凝土作为桥墩防撞层，运用锤击法和摆锤试验对三种覆层的防撞效果进行论证。肖荣清等学者[9]通过模型试验，验证液体稳压柔性消能桥墩防撞设施的可行性。张建强等学者[10]通过用数值模拟设计验证了复合材料格构板装置的防撞性能，具有抗冲击、耗能好的特点，对城市立交桥、跨线桥桥墩减小车撞力有较好的提升等。