CN101949138B - 弹塑性钢结构安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹塑性钢结构安全防护装置。目前，汽车、船舶撞击桥墩或周边建筑时仍属于刚性撞击，不能有效的耗散能量，减弱撞击伤害。本发明的防护装置，包括防护外层和固定于防护外层内的垂直层状布置的缓冲组件，每层缓冲组件包括水平层状分布的加劲梁和均布跨接于相邻加劲梁之间的缓冲构件，每个缓冲构件为一对相扣设置的弧形阻尼辐，一对阻尼辐的一端相互交叉；相邻缓冲组件上的缓冲构件垂直方向上相互交错设置，垂直方向上相邻的加劲梁之间设置有减震橡胶块，垂直方向上相邻的减震橡胶块相互交错设置。本发明的优点是：1）安全性高，耐久性好，耗能效果强；2）安装简易，维护方便。

Description

弹塑性钢结构安全防护装置

技术领域

本发明属桥梁、建筑工程运营中的结构防护技术领域，涉及一种安全防护装置，具体是一种弹塑性钢结构安全防护装置。

背景技术

目前我国交通安全的现状令人堪忧，在众多影响公共交通安全的关键结构上基本没有设置任何隔离或减缓车辆、船舶等交通工具撞击的防护装置，这样直接威胁到人们的生命和财产安全；然而随着我国交通量的快速增长，汽车、船舶与道路或河流周边建筑的矛盾也愈加突出，汽车、船舶撞击桥墩或周边建筑的事故时有发生，严重时会造成桥墩或建筑结构倒塌、车船毁坏、人员伤亡。究其原因，是因为汽车、船舶直接撞击结构物属于刚性撞击，在撞击过程中缺乏能量耗散或隔离装置，因此破坏性极大。

为解决此类问题，人们也采取了一些防护措施，例如加大桥墩结构尺寸，或者采用钢管围栏、防撞桩等简易防护装置，这些措施虽然在一定程度上保障了桥墩的结构安全，但其美观性和适用性并不高，最为重要的是汽车、船舶撞击防护装置时仍属于刚性撞击，不能有效地耗散能量，减弱撞击对车船或人员的伤害。

发明内容

本发明目的是提供一种高效消能型的弹塑性钢结构安全防护装置，以克服现有技术中存在的车辆、船舶与桥墩或周边重要建筑结构发生刚性碰撞时，不能有效地耗散撞击能量，减弱撞击对车船或人员伤害的问题。

为克服现有技术中存在的问题，本发明采用的技术解决方案是：一种弹塑性钢结构安全防护装置，包括防护外层和固定于防护外层内的垂直层状布置的缓冲组件，其特征在于：所述的每层缓冲组件包括水平层状分布的加劲梁和均布跨接于相邻加劲梁之间的缓冲构件，所述的每个缓冲构件为一对相扣设置的弧形阻尼辐，一对阻尼辐的一端相互交叉；所述相邻缓冲组件上的缓冲构件垂直方向上相互交错设置，垂直方向上相邻的加劲梁之间设置有减震橡胶块，垂直方向上相邻的减震橡胶块相互交错设置。

上述一对阻尼辐的相互交叉端与水平外层的外加劲梁连接，未交叉端与水平外层相邻的内加劲梁连接。

上述加劲梁的上下侧均设置有缓冲构件，上下侧的缓冲构件垂直方向上交错设置。

上述防护外层顶部设置防尘盖板。

上述顶层缓冲组件的水平外层的加劲梁上设置有悬挂拉索。

上述阻尼辐采用弹塑性软钢材料制成，其纵向叠面可为C型、半椭圆型或非线性弧等形状。

上述加劲梁与阻尼辐采用销接或铆接连接。

上述防护外层由橡胶硫化于高塑性钢板上制成，防护外层的横叠面为封闭图形或线性形状。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1、本发明的安全防护装置与常规的防撞装置相比，采用柔性防护外层、阻尼辐和减震橡胶块作为撞击耗能材料，并通过环套的加劲梁连接，从而形成一个整体性强的弹塑性消能装置，当汽车或船舶撞击时，安全防护装置通过阻尼辐的弹塑性变形，延长撞击时间，耗散撞击能量和降低撞击力，由于防护外层和加劲梁的整体作用，尤其在侧撞情况下，能使更多的阻尼辐参与受力，传力更远，从而增大撞击后受力范围，扩散撞击力，受力更加均匀。

2、本发明采用多级逐层防护，具有“小撞、中撞和大撞”三级防护耗能结构：

小撞情况下，安全防护装置防护外层和阻尼辐共同作用产生变形耗能，但弹塑性钢基本处于弹性变形阶段或发生较低的塑性变形；

中撞情况下，安全防护装置的防护外层和钢阻尼辐共同作用发生变形耗能，阻尼辐发生较大的塑性变形，但撞击产生的位移还小于外环加劲梁与减震橡胶块之间的间隙，外环加劲梁没有触及减震橡胶块；

大撞情况下，安全防护装置发生很大的位移，外层加劲梁接触减震橡胶块，此时安全防护装置通过防护外层和加劲梁变形、阻尼辐塑性变形、减震橡胶块压缩变形等共同实现耗能，从而有效延长了撞击时间，更大限度地降低了撞击力；由于设置了减震橡胶块进行最后的限位保护和耗能作用，虽然阻尼辐发生很大的塑性变形，但还处于结构设计的极限位移内，不至于压溃，保证了安全防护装置防撞的整体功能，且由于减震橡胶块的存在使桥墩受力更均匀，更好的保护了桥墩的安全。

3、在侧撞情况下，由于弹塑性钢与外加劲梁采用销接，撞击时外加劲梁和弹塑性钢发生一定的转动，使得汽车、船舶撞击点产生滑移并被拨动，从而将汽车、船舶的动能大部分保留在汽车、船舶上，使汽车、船舶离开桥墩或结构物而不被镶住，大大降低汽车、船舶撞击桥墩或结构物过程中的能量交换，保护结构的安全。

4、阻尼辐上下层与加劲梁连接交错布置，结构对称，不同方向撞击时受力也对称，从而保证了各个方向撞击的防护效果。

5、本发明的安全防护装置由于底部没有与地面连接，为保证安全防护装置竖向支撑作用，在安全防护装置顶部悬挂拉索，约束安全防护装置外层加劲梁竖向变形，从而保证了撞击效果，相对于地面连接设计（地面设计时防护装置底易积累垃圾不利于清理，影响安全防护装置受力后滑动效果）采用拉索悬挂设计非常利于安全防护装置的变形和维护。

6、本发明的安全防护装置内加劲梁采用抱箍于桥墩或结构物安装，不需要破坏桥墩或结构物，适用范围广。安全防护装置的加劲梁、钢阻尼辐和减震橡胶块均采用单元式模块设计，采用销接或铆接方式进行连接，安装、维护和更换方便。大撞后只需对局部破损元件进行更换，后期维修、养护费用低。

附图说明

图1为本发明的弹塑性钢阻尼辐结构平面示意图；

图2为实施例1的单层安全防护装置立面结构图，图3、图4、图5为实施例1的单层安全防护装置平面结构图；

图6为实施例2的多层安全防护装置立面结构图，图7为实施例2的多层安全防护装置平面结构图；

图8、图9和图10为实施例3的表示互通三角区的安全防护装置平面结构图，图8为互通三角区后端防护图，图9为互通三角区前端防护图，图10为互通三角区导流线示意；

图11为实施例4的表示安全防护装置拉索和盖板立面结构图，图12为实施例4的表示安全防护装置拉索和盖板平面结构图。

附图标记说明如下：

1-阻尼辐，2-缓冲构件，3-加劲梁、4-防护外层、5-减震橡胶块、6-悬挂拉索、7-防尘盖板、8-桥墩，9-防护柱，10-防护墩，11-景观造型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参见图1、图2、图3，一种弹塑性钢结构安全防护装置，包括防护外层4和固定于防护外层4内的垂直层状布置的缓冲组件，所述的每层缓冲组件包括水平层状分布的加劲梁3和缓冲构件2，缓冲构件2均布跨接于相邻加劲梁3之间，并且加劲梁3的上下侧均设置有缓冲构件2，加劲梁3上下侧的缓冲构件2垂直方向上交错设置。所述的每个缓冲构件2为一对相扣设置的弧形阻尼辐1，一对阻尼辐1的一端相互交叉；该阻尼辐1采用弹塑性软钢制成，其纵向叠面可为C型、半椭圆型或非线性弧等形状，撞击时通过阻尼辐的塑性变形，延长撞击时间，耗散撞击能量和降低撞击力。所述相邻缓冲组件垂直方向上相邻的加劲梁3之间设置有减震橡胶块5，减震橡胶块5上下连接于相邻加劲梁3之间并与桥墩8环绕抱紧或铆接在一起，并且垂直方向上相邻的减震橡胶块5相互交错设置。所述的防护外层4由橡胶硫化于高塑性钢板上制成，防护外层4的水平截面可以为封闭的图形，如椭圆形、跑道形、圆形、矩形或其他平面图形，也可以为线性形状，如直线、曲线等，其水平截面形状与桥墩的外轮廓形状相似，防护外层4的顶层缓冲组件上设置防尘盖板7，防尘盖板7可以防止灰尘、雨雪等杂物进入防护装置，在最顶层缓冲组件的水平外层的加劲梁3上设置有悬挂拉索6，采用悬挂拉索6将防护装置悬挂连接于桥墩8上部，可实现安全防护装置的滑移转动。

施工时，本发明沿桥墩8周围通过螺栓将最内环的加劲梁3紧抱于桥墩8，弹塑性钢阻尼辐1通过连接销将环套的内外加劲梁3依次连接成整体；最外环的顶层加劲梁3通过悬挂拉索6悬挂连接于桥墩8上；最后在防护外层4顶部设置防尘盖板7即可。

实施例1

如图2、图3所示，本实施例的防护外层4内垂直设置八层缓冲组件环绕于桥墩8周围，防护外层4水平截面为圆形，每层缓冲组件包括水平环套的两层加劲梁3，加劲梁3也为相应的环形。缓冲构件2均布设置在两层加劲梁3上下侧，垂直方向上，相邻的缓冲构件2交错设置，每个缓冲构件2的相互交叉端与水平外层的加劲梁连接，未交叉端与水平内层加劲梁3连接，内层的加劲梁3紧抱于桥墩8，减震橡胶块5连接于上下相邻的内层的加劲梁3上并与桥墩8环绕抱紧相铆接，每层缓冲组件水平外层的加劲梁3均固定于防护外层4内壁上，最顶层的缓冲组件水平外层的加劲梁3上设置悬挂拉索6，悬挂拉索6连接于桥墩8的上部，保持最底层的缓冲组件与地面脱离，防护外层4的顶部设置防尘盖板7。

如图4所示，与图2不同的是，防护外层4水平截面为跑道形，因此，与其对应的加劲梁3也为相应的跑道形结构。

如图5所示，与图2不同的是，防护外层4的水平截面为矩形，因此，与其对应的加劲梁3也为相应的矩形结构，其四个边角过渡处为弧线，缓冲组件均布连接在相邻的加劲梁3之间。

实施例2

如图5、图6所示，本实施例的防护外层4内上下垂直设置八组缓冲组件，防护外层4水平截面为圆形，加劲梁3也为相应的环形，每层缓冲组件包括环套的三层加劲梁3，最内层的加劲梁3紧抱于桥墩8，与实施例1的缓冲构件2与加劲梁3连接方式相似，本实施例的内层的加劲梁3与中层的加劲梁3通过缓冲构件2连接，中层的加劲梁3与外层的加劲梁3也通过缓冲构件2顺次连接，缓冲构件2的相互交叉端始终处于外层；在垂直相邻的内层的加劲梁3之间连接减震橡胶块5，相邻减震橡胶块5在垂直方向上交错设置，减震橡胶块5上下连接于最内环的加劲梁3上并与桥墩8环绕抱紧或铆接，顶层缓冲组件水平方向最外层的加劲梁3上设置悬挂拉索6连接于桥墩8的上部，防护外层4的顶部设置防尘盖板7。防护外层的示意形状不限于圆形。

实施例3

如图8、图9、图10所示，防护设计主要针对互通三角区结构物设计，由于互通三角区为汽车分流处，易受汽车撞击，由前端的防护柱9和后端的防护墩10组成。如图9所示，其中前端防护柱9为圆柱形，其上设置的安全防护装置半环绕于防护柱9的前端部（即迎着车辆驶入的方向），安全防护装置的防护外层4为横叠面为半圆，防护外层4内每层缓冲组件包括水平内外设置的三层加劲梁3，加劲梁3也为相应的半环形，三层加劲梁3之间通过缓冲构件2依次连接，在垂直相邻加劲梁3之间连接减震橡胶块5，减震橡胶块5环抱与防护柱9上。同时，防护外层4的底部可以直接埋设、固定于路面或有紧固配件将下端固定到设于路面上的基座，因而不需要悬挂拉索6连接；如图8所示，对于后端的防护墩10，其由一个横叠面为矩形的墙体和与其连接的半圆柱组成，此时，安全防护装置的防护外层4的横叠面为U形结构，对与半圆柱部分，加劲梁3也为相应的半环形，由于半圆柱直径较小，半圆柱部分设置四层加劲梁3，四层加劲梁3两两通过缓冲构件2连接，对于墙体部分，由于墙体相对于半圆柱教宽，在防护墩10的墙体撞击两侧均设置两层加劲梁3，并通过缓冲构件2连接，同时，将两部分内层的加劲梁3项连接使其保持一体，最后再分别在垂直相邻的内层的加劲梁3之间连接减震橡胶块5。当汽车高速撞击时，汽车首先撞击前端防护柱9部分的安全防护装置，即使由于汽车的高速撞击致使前端防护装置被撞坏，汽车不可避免撞击后端防护墩10的安全防护装置，此时由于撞击时间很长，汽车速度也很快降下来，另外后端防护装置也能通过变形耗散撞击能量，最终的撞击力已经小到互通三角区结构物足以抵抗，有效消除了碰撞时的尖峰荷载，在实现撞击物防撞的同时，可以有效避免或减少车辆与撞击物的损伤。

实施例4

如图11、图12所示，本实施例的安全防护装置顶层的缓冲组件最外层加劲梁3通过悬挂拉索6悬挂连接于连接于桥墩8上，由于最外层的加劲梁3与防护外层4固定连接，悬挂拉索6可以将整个安全防护装置吊起，同时，对于一些类似桥墩的立柱，其顶端可以设置不同的景观造型11来增加景观效果，如采用“鲤鱼跳龙门”的造型，并且将悬挂拉索6可与景观造型连接。为了安装和更换方便，在安防护外层4顶面设置的防尘盖板7也可以采用单元式分块设计，铝铆钉铆接，在碰撞发生时铝铆钉被剪断，防尘盖板7可以溃缩，不影响防护装置的变形。同时，防尘盖板7边缘采用圆筒卷边设计，撞击位置没有尖角，扩大撞击范围，有效保护车辆、船舶的安全。

本发明的实施方式并不局限与上述实施例，只要是与桥墩8、防护柱9、防护墩10等类似结构物需要设置防护装置的地方均可使用本安全防护装置。

Claims (10)

1.一种弹塑性钢结构安全防护装置，包括防护外层（4）和固定于防护外层（4）内的垂直层状布置的缓冲组件，其特征在于：所述的每层缓冲组件包括水平层状分布的加劲梁（3）和均布跨接于相邻加劲梁（3）之间的缓冲构件（2），所述的每个缓冲构件（2）为一对相扣设置的弧形阻尼辐（1），一对阻尼辐（1）的一端相互交叉；所述相邻缓冲组件上的缓冲构件（2）垂直方向上相互交错设置，垂直方向上相邻的加劲梁（3）之间设置有减震橡胶块（5），垂直方向上相邻的减震橡胶块（5）相互交错设置。

2.根据权利要求1所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述加劲梁（3）的上下侧均设置有缓冲构件（2），上下侧的缓冲构件（2）垂直方向上交错设置。

3.根据权利要求1或2所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述一对阻尼辐（1）的相互交叉端与水平外层的外加劲梁（3）连接，未交叉端与水平外层相邻的内加劲梁（3）连接。

4.根据权利要求1所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述防护外层（4）顶部设置有防尘盖板（7）。

5.根据权利要求1所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述顶层缓冲组件的水平外层的加劲梁（3）上设置有悬挂拉索（6）。

6.根据权利要求3所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述阻尼辐（1）采用弹塑性软钢材料制成。

7.根据权利要求 6所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述阻尼辐（1）的纵向叠面可为C型、半椭圆型或非线性弧形状。

8.根据权利要求7所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述加劲梁（3）与阻尼辐（1）采用销接或铆接连接。

9.根据权利要求3所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述防护外层（4）由橡胶硫化于高塑性钢板上制成。

10.根据权利要求8所述的弹塑性钢结构安全防护装置，其特征在于：所述防护外层（4）的横叠面为封闭图形或线性形状。 

Images