可以保护桥梁免受船舶碰撞——灾害中结构专家解释如何保护桥梁
2024 年 3 月 26 日，一艘长 984 英尺、10 万吨级的货船 MV Dali 在离开巴尔的摩港时撞上弗朗西斯·斯科特基大桥，导致大桥部分倒塌。
在接受采访时，密歇根大学土木工程师 Sherif El-Tawil 解释了船舶与桥梁相撞的频率、可以采取哪些措施来保护桥梁免受碰撞，以及 1980 年（基桥启用仅三年后）佛罗里达州发生的类似灾难是如何发生的——改变了桥梁的建造方式。
这并不是第一次有船只摧毁桥梁。船桥相撞的历史是怎样的？
这是极其罕见的事件。据我所知，在过去 65 年里，大约有 40 起有记录的事件涉及船舶对桥梁造成的类似损坏。因此，它们似乎在世界各地平均大约每一年半到两年发生一次。当您考虑到世界各地有数百万座桥梁（其中大多数跨越水道）时，您可以想象这是多么罕见。
最有影响力的案例是 1980 年佛罗里达州阳光高架桥相撞事件，该事件促使联邦政府采取行动，制定船舶碰撞桥梁设计指南。到 20 世纪 90 年代初，这些规定得到制定并纳入桥梁设计规范，即 AASHTO 规范。美国国家公路和运输官员协会制定了美国每座桥梁都必须遵守的设计规范。
这次阳光高架桥事故与以往的桥梁碰撞事故有何不同？
有人员伤亡。事实上，就像巴尔的摩的情况一样，事故可能会导致桥梁塌陷，这一事实引发了人们的担忧：我们能对此采取一些措施吗？这就是那些出现并最终被纳入国家设计文件的规范。
这些规范的意思是，您要么根据船舶可以传递的冲击力来设计桥梁，要么必须保护桥梁免受该冲击力的影响。所以你必须有一个保护系统。这就是为什么我对这座桥周围没有保护系统（某种类型的屏障）感到惊讶。我没有研究过这座桥的结构图。我所能看到的只是网上发布的图片，但如果它们在那里的话，防护系统将非常明显和可识别。
目前新桥梁建设的要求是什么？是否足以处理当今的大型货船？
根据MV Dali公布的速度和重量，我估计撞击力在3000万磅左右。这是一股巨大的力量，你需要一个巨大的结构来承受这种力量。但如果你有一个巨大的码头，这是可行的。这可能决定了桥梁的设计及其外观。它很可能不是桁架桥。它可能是一座斜拉桥，有一个能够承受该负载的非常大的塔架。
如果您无法针对该负载进行设计，那么您必须考虑其他替代方案。这就是规格所说的。这一点他们非常清楚。这些替代方案可以是在码头或岩壁周围建造一个岛屿，或者将海豚（设置在河床上的独立结构）放在旁边，或者安装吸收能量的挡泥板，这样船就不会开得太快。所有这些都是可以减轻影响的方法。
工程师在设计结构时（桥梁也不例外）考虑到一定的失败概率，因为如果我们不这样做，成本将令人望而却步。理论上，你可以建造一个永远不会失败的结构，但你必须投入无限的资金。对于这种类型的关键桥梁，我们认为可接受的故障概率为万分之一。
根据公开的信息，我尝试计算该事件发生的概率是多少，结果是十万年之一左右。船径直驶向易受攻击的码头。看到如此罕见的事件发生真是令人震惊。
桥梁当局一定考虑过对其进行保护，而这种情况发生的可能性很低，一定会影响他们是否会投资保护措施。因为任何类型的水中或水上建筑都非常昂贵。
保护老桥是否可行？
我想是这样。对于他们中的一些人来说，这可能是像岛屿想法这样的较低科技含量。它可能会使用岩石或混凝土构件来阻止船只到达码头。
这是一艘巨大的船，船头张开。我相信船的下部延伸到船头之外，撞到了基础系统，但船头到达了码头。桥墩像一个A字形，所以弓把A字的一侧折断了。另一侧无法支撑桥的重量，所以整个桥塌了。如果有人从你下面踢你的脚，你就会摔倒。这正是发生的事情。
有多少桥梁容易受到船舶碰撞的影响？
我不知道具体数字，但我知道这类桥梁，像这样的大跨度大型桥梁，可能不到美国桥梁的 0.1% 而且其中一些不一定跨越水道，所以这是一个百分比更低的子集。因此，对于一种罕见的桥梁来说，这是一个罕见的事件。
货船越来越大，这是保护桥梁的考虑因素吗？
我希望如此，因为存在规模经济。更大的船运输货物会更便宜。但我无法想象这座桥的设计者在50年前左右会想到这么大的船会撞击这座桥。我确信他们会采取措施来解决这个问题。他们只是没有想到。
如果这座桥是按照目前的规格设计的，我相信它会幸存下来。船舶提供这种力量有两个原因：移动太快或太重。我们设计的冲击力考虑了这两个因素。因此，如果我们明确考虑这些因素，那么一艘更大的船，是的，它的力量更大，我们会为此进行设计。
但让我们再前进 50 年，想象一下一艘更大的船即将诞生。到那时，桥梁将是为较小的船只设计的，你会再次遇到同样的问题。很难预测这些事情会有多大。您可以为当前的船舶进行设计，但随着它们的发展，很难预测未来很多年。
这场灾难还有其他收获吗？
这座桥的损失，除了悲惨的生命损失之外，还将持续数月甚至数年。更换如此规模、如此跨度的桥梁并不是一个简单的过程。这需要大量的计划和大量的资源才能回到以前的状态。
（来源：对话）
