CN102251470A - 筒状复合材料桥梁防撞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种筒状复合材料桥梁防撞装置，包括防撞单元（1），防撞单元（1）由壳体（2）和填充在壳体（2）内的填充材料体（3）构成，所述的防撞单元（1）包括直筒形防撞构件（4）和弯筒形防撞构件（5），不相邻的直筒形防撞构件（4）通过连杆（6）串联或者并联构成条状防撞装置，相邻且相互连接的直筒形防撞构件（4）之间或者直筒形防撞构件（4）和弯筒形防撞构件（5）之间或者弯筒形防撞构件（5）之间通过承插式法兰（7）和螺栓（8）相连构成环状或C型防撞装置；所述的直筒形防撞构件（4）的内侧设有滚动装置（9），承插式法兰（7）的内侧设有滑动装置（10）。本发明成本低，弹性变形大，防撞性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁或码头防撞装置，尤其是一种利用复合材料制造的成本低、弹性大、耐腐蚀的防撞装置，具体地说是一种适用于各类桥梁的桥墩以及码头、水上（海洋）建筑用以减轻船舶（浮冰）撞击灾害的筒状复合材料桥梁防撞装置。
背景技术
随着交通运输业的快速发展，我国近期修建的跨越通航江河、港区和海峡的大型桥梁数量逐步增多，而航道上船舶数量也不断增加且船型趋于大型化，使得桥梁和通行船舶之间的矛盾日趋突出，因此船舶撞击桥墩的事故亦不断增加。船舶撞击是跨越航道的桥梁倒塌的主要原因之一，产生的后果极其严重：船毁人亡物失，造成航道受阻，陆上交通中断，污染水域环境。2007 年6 月，广东九江大桥遭运沙船撞击垮塌。事故造成4辆汽车坠江，肇事船上两人受伤，另有9 人失踪，引起了较大的社会反响，桥梁防船撞问题也正逐渐得到了有关航运管理、规划设计等部门的高度重视。
经过多年的研究应用，国内外出现了多种类型的桥墩防撞设施，但其基本原理是基于能量吸收、动量缓冲而设计的，每种防撞设施都有其特点和使用条件。但目前常用的桩群方式、薄壳筑沙围堰方式、人工岛方式等，一般适用于水浅、地质情况较好的场合, 虽然一劳永逸，但会影响航道，且常常因为造价太高或者条件不具备而放弃。而钢结构套箱消能设施利用钢材塑性变形破损消能，但其通常承受单次撞击，撞损后维修较困难；同时碰撞时船体易受损伤；另外钢材常年在水中易锈蚀，维护费用较高，故采用新材料设计开发新型防撞系统迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是针对现有的桥梁防撞装置存在的防撞效果差、成本高、修复难度大等问题，提供一种成本低、弹性大、耐腐蚀并能充分吸收撞击能量、延缓撞击时间的筒状复合材料桥梁防撞装置。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种筒状复合材料桥梁防撞装置，包括防撞单元，防撞单元由壳体和填充在壳体内的填充材料体构成，所述的防撞单元包括直筒形防撞构件和弯筒形防撞构件，不相邻的直筒形防撞构件通过连杆串联或者并联构成条状防撞装置，相邻且相互连接的直筒形防撞构件之间或者直筒形防撞构件和弯筒形防撞构件之间或者弯筒形防撞构件之间通过承插式法兰和螺栓相连构成环状或C型防撞装置；所述的直筒形防撞构件的内侧设有滚动装置，承插式法兰的内侧设有滑动装置。
所述的填充材料体为缓冲耗能材料或者缓冲耗能材料与空心装置的结合或者混凝土、空腹格构体中的一种。
所述的缓冲耗能材料为砂、聚苯颗粒泡沫与砂混合料、聚苯颗粒砂浆、橡胶粒、金属砂、陶粒、石子、泡沫铝、液体、混凝土、泡沫或毛竹中一种或几种的混合物。
所述的空心装置为封闭的钢管、复合材料缠绕管、复合材料拉挤管、塑料管、毛竹、塑料空心球、复合材料空心球、金属空心球的一种。
所述的壳体为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种；所述的壳体为轻木或泡沫复合材料夹芯管、复合材料夹砂管、塑料、表层缠绕复合材料的金属骨架中的一种。
所述的连杆为索、不锈钢链、缆绳、钢绞线的一种。
所述的螺栓沿承插式法兰的圆周方向间隔设置，所述的螺栓金属螺栓、复合材料螺栓的一种。
所述的滚动装置包括万向轮和尼龙滚轮。
所述的滑动装置为聚四氟乙烯滑板。
所述的直筒形防撞构件包括等截面直筒形防撞构件和变截面直筒形防撞构件。
本发明相比现有技术有如下优点：
1、本发明的外表采用了强耐腐蚀、力学特性优越的纤维增强复合材料，可适应江水、海水等各种恶劣环境，减小了维护费用。
2、本发明的筒状复合材料桥梁防撞装置在使用时，若船舶正对桥塔撞击，因为筒型截面外壳为弹性复合材料，具有较大的变形能力，能压缩1/2直径而不破坏。
3、本发明的壳体内部紧密填充的缓冲耗能材料缓冲耗能能力强，并能通过摩擦消耗大量能量。
4、本发明的筒状复合材料桥梁防撞装置具有自浮性、缓冲性、弹性模量低等特点，因此也可有效保护船舶不至于局部受损。
5、本发明安装便捷，各个独立的防撞单元可通过法兰螺栓连成整体，单个单元损坏更换方便。
6、本发明结构简单，制造成本低，安装维护方便。
附图说明
附图1为本发明的防撞单元连接剖面示意图；
附图2为本发明的防撞单元横断面结构示意图，其中图2（a）为壳体内只填充缓冲耗能材料，图2（b）为壳体内填充缓冲耗能材料和直径较大的空心管，图2（c）为壳体内填充缓冲耗能材料和若干直径较小的空心管或空心球；
附图3为本发明的防撞构件结构示意图，其中图3（a）为直筒形防撞构件正视图，图3（b）为弯筒形防撞构件正视图；
附图4为本发明的结构示意图，其中图4（a）为水平防撞装置安装示意图，图4(b) 为竖直防撞装置安装示意图；
附图5为本发明的防撞单元在桥梁墩柱或承台上安装使用状态示意图，其中图5（a）为等截面防撞装置俯视图，图5（b）为C型防撞装置俯视图，图5（c）为变截面防撞装置俯视图，图5（d）为120度转角等截面防撞装置俯视图；
附图6为多组防撞装置构成组合防撞体的示意图，其中图6（a）为多组防撞装置安装在桥梁承台周围的正视剖视图，图6（b）为3根防撞装置竖直排列构成组合防撞体正视剖视图，图6（c）为组合防撞体安装俯视图。
其中：1—防撞单元；2—壳体；3—填充材料体；4—直筒形防撞构件；5—弯筒形防撞构件；6—连杆；7—承插式法兰；8—螺栓；9—滚动装置；10—滑动装置；11—缓冲耗能材料；12—空心装置；13—复合材料夹板；14—承台。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-所示：一种筒状复合材料桥梁防撞装置，包括防撞单元1，防撞单元1由壳体2和填充在壳体2内的填充材料体3构成。壳体2为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种；另外壳体2也可为轻木或泡沫复合材料夹芯管、复合材料夹砂管、塑料、表层缠绕复合材料的金属骨架中的一种制备而成。填充材料体3为缓冲耗能材料11或者缓冲耗能材料11与空心装置12的结合或者混凝土、空腹格构体中的一种，缓冲耗能材料11为砂、聚苯颗粒泡沫与砂混合料、聚苯颗粒砂浆、橡胶粒、金属砂、陶粒、石子、泡沫铝、液体、混凝土、泡沫或毛竹中一种或几种的混合物，缓冲耗能材料11采用液体作为缓冲耗能材料11时，当壳体2内充满液体则可在壳体2的表面设有一定数量的小孔，以方便液体进出壳体2，当壳体2内未充满液体时则可采用封闭的壳体2；空心装置12为封闭的钢管、复合材料缠绕管、复合材料拉挤管、塑料管、毛竹、塑料空心球、复合材料空心球、金属空心球的一种。防撞单元1包括直筒形防撞构件4和弯筒形防撞构件5，不相邻的直筒形防撞构件4通过连杆6串联或者并联构成条状防撞装置，连杆6选用索、不锈钢链、缆绳、钢绞线的一种；相邻且相互连接的直筒形防撞构件4之间或者直筒形防撞构件4和弯筒形防撞构件5之间或者弯筒形防撞构件5之间通过承插式法兰7和螺栓8相连构成环状或C型防撞装置，该金属螺栓8或者复合材料螺栓8沿承插式法兰7的圆周方向间隔设置。因为完整的防撞装置需与桥墩等被防护装置接触，并随水位的变化而变化，为实现防撞装置的上下浮动，在直筒形防撞构件4的内侧设有万向轮或者尼龙滚轮等类似结构的滚动装置9，承插式法兰7的内侧设有类似于聚四氟乙烯滑板的滑动装置10。另外考虑到桥墩各侧所受船撞的风险不同，直筒形防撞构件4可制成等截面直筒形防撞构件和变截面直筒形防撞构件。
实施例1
本发明的筒状复合材料桥梁防撞装置，如图4(a)所示。直筒形防撞构件4采用玄武岩纤维布与乙烯基酯树脂通过缠绕工艺制备形成复合材料管，两端为圆球状，壳体2内填充无数个直径较小的PE空心球作为空心装置12，壳体2与空心装置12之间紧密填充回收的橡胶粒作为缓冲耗能材料11，然后通过连杆6将若干根复合材料直筒形防撞构件4串接为水平防撞体，尤其适用于码头防撞需要等。
实施例2
本发明的筒状复合材料桥梁防撞装置，如图5(a)所示。直筒形防撞构件4采用玻璃纤维与不饱和聚酯树脂通过缠绕工艺制备，弯筒形防撞构件5采用手糊工艺制备；直筒形防撞构件4和弯筒形防撞构件5内均填充聚苯泡沫砂浆作为缓冲耗能材料11；采用承插式法兰7和螺栓8将直筒形防撞构件4和弯筒形防撞构件5连接成一个完整的等截面长方形环状装置；在直筒形防撞构件4与桥墩接触侧安装尼龙滚轮作为滚动装置9，承插式法兰7与桥墩接触侧安装聚四氟乙烯滑板作为滑动装置10。
实施例3
本发明的筒状复合材料桥梁防撞装置，如图5(b)所示。直筒形防撞构件4采用玻璃纤维布、砂布与不饱和聚酯树脂通过缠绕工艺制备形成复合材料夹砂管，弯筒形防撞构件5也采用缠绕工艺制备；壳体2内填充直径较大、两端封闭的复合材料缠绕管作为空心装置12，空心装置12与壳体2之间紧密填充中粗砂作为缓冲耗能材料11，采用承插式法兰7和螺栓8将变截面的直筒形防撞构件4和弯筒形防撞构件5连接成一个完整的变截面长方形环状结构。
本发明的复合材料桥梁防撞装置采用缠绕成型工艺制备，具体流程如下：
a．制备一套大型木或玻璃钢模具，在模具上采用真空导入工艺或手糊工艺制备连接法兰；
b. 制备一套筒状模具，在模具上采用缠绕工艺将浸过不饱和聚酯树脂胶液的连续玻璃纤维布带按照一定角度缠绕到芯模与两端法兰上，然后经固化、脱模，获得带有法兰的筒状制品；
c. 将部分直筒形构件切割成3段带有角度的部件，将部件拼在一起，在内侧和外侧同时缠绕或手糊玻璃纤维布，形成弯筒形构件；
d．在直筒形构件和弯筒形构件上安装滚动装置，同时在直筒形构件和弯筒形构件上开孔手糊带有盖子的舱口，然后往舱口内灌入缓冲吸能材料；
e．将两端密闭的直筒形防撞构件和弯筒形防撞构件运至现场，在岸上或浅滩区预拼装成一个完成的环状防撞圈，然后拆成1/2圆防撞单元，围绕桥墩四周，采用法兰和螺栓连成整体的复合材料防撞系统，同时在法兰的内侧加装滑动装置。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种筒状复合材料桥梁防撞装置，包括防撞单元（1），防撞单元（1）由壳体（2）和填充在壳体（2）内的填充材料体（3）构成，其特征在于所述的防撞单元（1）包括直筒形防撞构件（4）和弯筒形防撞构件（5），不相邻的直筒形防撞构件（4）通过连杆（6）串联或者并联构成条状防撞装置，相邻且相互连接的直筒形防撞构件（4）之间或者直筒形防撞构件（4）和弯筒形防撞构件（5）之间或者弯筒形防撞构件（5）之间通过承插式法兰（7）和螺栓（8）相连构成环状或C型防撞结构；所述的直筒形防撞构件（4）的内侧设有滚动装置（9），承插式法兰（7）的内侧设有滑动装置（10）。
2.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的填充材料体（3）为缓冲耗能材料（11）或者缓冲耗能材料（11）与空心装置（12）的结合或者混凝土、空腹格构体中的一种。
3.根据权利要求2所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的缓冲耗能材料（11）为砂、聚苯颗粒泡沫与砂混合料、聚苯颗粒砂浆、橡胶粒、金属砂、陶粒、石子、泡沫铝、液体、混凝土、泡沫或毛竹中一种或几种的混合物。
4.根据权利要求2所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的空心装置（12）为封闭的钢管、复合材料缠绕管、复合材料拉挤管、塑料管、毛竹、塑料空心球、复合材料空心球、金属空心球的一种。
5.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的壳体（2）为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种；所述的壳体（2）为轻木或泡沫复合材料夹芯管、复合材料夹砂管、塑料、表层缠绕复合材料的金属骨架中的一种。
6.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的连杆（6）为索、不锈钢链、缆绳、钢绞线的一种。
7.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的螺栓（8）沿承插式法兰（7）的圆周方向间隔设置，所述的螺栓（8）为金属螺栓、复合材料螺栓的一种。
8.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的滚动装置（9）包括万向轮和尼龙滚轮。
9.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的滑动装置（10）为聚四氟乙烯滑板。
10.根据权利要求1所述的筒状复合材料桥梁防撞装置，其特征在于所述的直筒形防撞构件（4）包括等截面直筒形防撞构件和变截面直筒形防撞构件。
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