CN103147390A

CN103147390A - 可自动充排水的变截面桥墩防撞装置

Info

Publication number: CN103147390A
Application number: CN2013100899588A
Authority: CN
Inventors: 余葵; 吴俊�; 马希钦; 刘洋
Original assignee: Southwestern Hydro Engineering Research Institute For Water Way Of Chongqing Jiaotong University
Current assignee: Southwestern Hydro Engineering Research Institute For Water Way Of Chongqing Jiaotong University
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: CN103147390B

Abstract

本发明公开了一种可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，它由前浮箱、后浮箱与伸缩装置构成；前后浮箱均由上下两部分箱体构成，下部分箱体设置一定体积的密闭体，上部分箱体设置一定体积的密闭体，浮箱外壁开有进水孔，进水孔与上部浮箱的非密闭空间相通。伸缩装置的金属链一端固定在前浮箱上，另一端跨过后浮箱上设置的滑轮装置与平衡吊块相连。本发明浮箱前后两部分通过金属链和吊块柔性连接，故能自动适应桥墩截面变化。整个防撞装置通过滑动运行的方式在桥墩表面滑动运行，不仅可多自由度运行，而且可有效提高船撞事故发生后结构运行的可靠性。本浮箱即使全部淹没于水中，增加的浮力也只是富余浮力部分，有利于保护桥梁安全。

Description

可自动充排水的变截面桥墩防撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩防撞技术的改进，具体指一种可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，属于桥梁保护技术领域。

背景技术

为了避免船舶或者水上漂浮物与桥墩发生碰撞，在一些桥墩上做了防撞保护措施。防撞保护措施中最常见的为浮箱结构，浮箱套在桥墩上并可随水位自行升降，以适应水位的变化。在水流作用下，浮箱内壁上游侧始终会与桥墩接触，为了尽量降低这种接触对浮箱升降带来的阻力，目前通常的做法是在浮箱内侧安装滚轮，使浮箱内侧与桥墩之间为滚动摩擦。由于滚轮仅可单自由度运行、且受撞后的结构溃退型式不可控，难以适应水流作用下浮箱的平面内转动特性，且船撞后滚轮的安装顶杆若不能有效溃退极有可能成为影响防撞浮箱运行可靠性的元凶。

由于相当多的桥墩为变截面结构形式，因此要使防撞浮箱能够随水位自行升降且起到保护作用，浮箱内壁与这种桥墩接触面就应该根据桥墩横截面的变化而自适应变化。由于目前的浮箱结构普遍采用滚轮与桥墩接触，因此基于自适应需要就在滚轮与浮箱内壁之间增设有伸缩导向装置、伸缩平衡装置等特殊结构，使滚轮在随桥墩上下滑行时可自行张开或靠拢，该结构设置既使浮箱整体变得复杂，增加了防撞保护成本，同时运行的可靠性更难以保证，一旦出现损坏，后期的维护难度和成本较大。

现有的浮箱还存在一个潜在的安全隐患，由于浮箱的最大上浮位置就是浮箱上表面抵住桥下表面的位置，一旦发生罕见的洪水且洪水漫过桥面，此时浮箱将全部淹没在水种，相比正常水位浮箱部分淹没于水种的情况相比，浮箱的浮力大幅度增加（可能是平时的3倍左右），在水流的共同作用下，此时浮箱将对桥面产生非常大的冲撞作用力，从而对桥面的安全构成威胁。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种沿桥墩上下运行可靠、对变截面桥墩适应性好的可自动充排水的变截面桥墩防撞装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，它由前浮箱、后浮箱与连接前后浮箱的伸缩装置构成；所述前浮箱和后浮箱均由上下两部分箱体构成，下部分箱体设置一定体积的密闭体，下部分箱体密闭体排开水重量与防撞浮箱的自重平衡；上部分箱体设置一定体积的密闭体，上部分箱体密闭体的排开水重量作为浮箱全部淹没时的富余浮力；浮箱外壁开有进水孔，进水孔布置在防撞浮箱正常浮态的水面线处，进水孔与上部浮箱的非密闭空间相通。

所述伸缩装置设置在前浮箱和后浮箱之间，伸缩装置包含导向柱、金属链、滑轮装置与平衡吊块；导向柱设于其中一个浮箱的合围面上，另一个浮箱合围面上设有与导向柱对应的导向孔，导向柱插入导向孔中并可横向进出；金属链一端固定在前浮箱上，另一端跨过后浮箱上设置的滑轮装置与平衡吊块相连；平衡吊块位于后浮箱中并处于自由悬垂状态。

整个防撞装置通过滑动运行的方式在桥墩表面滑动运行；在前浮箱和后浮箱内侧间隔设置有若干竖向的橡胶护舷，橡胶护舷表面安装低摩擦系数耐磨材料，与橡胶护舷表面对应的桥墩表面区域进行光滑处理。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明浮箱由前后两部分合围构成，两部分之间通过金属链和吊块柔性连接，并通过导向柱使前后浮箱只能横向分开或靠拢而不能上下错位，故浮箱能根据水位变化自动改变合围面大小以适应桥墩截面变化。由于本浮箱取消了现有技术的伸缩导向装置、伸缩平衡装置等特殊结构，不仅有效的减少了投资成本、提高防撞装置运行可靠性，而且大大降低后期维护强度与成本。

2、本发明将浮箱与桥墩的运行方式由常规的滚轮运行方式改为滑动运行方式，利用浮箱内侧护舷表面安装的聚四氟乙烯板与渗透密封处理后的桥墩表面滑动运行，采用该运行方式，不仅可多自由度运行，而且可有效提高船撞事故发生后结构运行的可靠性。此外，通过磨损试验证明，该运行方式使用寿命变长，可大大降低维护强度与成本。

3、本浮箱通过在上部分箱体中设置进水孔使之在淹没时可以进水从而使上部分箱体只产生富余浮力，这样即使浮箱全部淹没于水中，增加的浮力也只是富余浮力部分，当其抵在桥面下部时对桥面的冲撞破坏力就非常小，有利于保护桥梁安全。

附图说明

图1-本发明整体结构俯视图。

图2-本发明在桥墩上的竖向展开图。

图3-本发明金属链和平衡吊块连接前后浮箱俯视图。

图4-图3的A-A剖视图。

具体实施方式

参见图1、图3和图4，从图上可以看出，本发明可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，由前浮箱1、后浮箱2与连接前后浮箱的伸缩装置构成，所述伸缩装置设置在前浮箱和后浮箱之间，伸缩装置包含导向柱、金属链、滑轮装置与平衡吊块；导向柱设于其中一个浮箱的合围面上，另一个浮箱合围面上设有与导向柱对应的导向孔，导向柱插入导向孔中并可横向进出。导向柱可以是一个，也可以是多个组成的导向柱组，导向孔数量与之对应即可。金属链3一端固定在前浮箱上，另一端跨过后浮箱上设置的滑轮装置5与平衡吊块4相连；平衡吊块4位于后浮箱中并处于自由悬垂状态。滑轮装置使金属链3和平衡吊块4不与后浮箱壁直接接触，从而保护后浮箱，避免接触产生摩擦损坏浮箱，或者出现卡滞现象，影响金属链的正常收放。

两部分浮箱的工作原理说明：平时前浮箱1和后浮箱2一起将桥墩9合围，并通过金属链和平衡吊块简单连接，实际上是利用平衡吊块的重量通过金属链3将两部分拉拢，金属链3始终处于拉紧状态，避免两部分浮箱自由悬浮而分开；当水位下降时，浮箱必然随之下降，如果桥墩横截面变宽，那么前后两部分浮箱会被桥墩变大的横截面涨开，金属链带动平衡吊块相对浮箱上升，反之如果桥墩横截面变窄，两部分浮箱在平衡吊块的拉力下会自然合拢始终处于将桥墩合围的状态，此时平衡吊块相对浮箱下落一定高度。浮箱在水位上涨时两部分的分开或合拢原理跟其在水位下降过程中的过程一样。见图2，图2反映了在不同水位下浮箱的自由分合状态。合围面导向柱和导向孔的设置仅仅是保证两部分浮箱只能在水平方向上分合，而不能在竖直方向上错开，即不管怎样升降，两部分浮箱都处于同一高度。

为了保险起见，在前后浮箱两合围面之间还通过专门的防脱链6固定连接，以防止吊块脱落或者从浮箱中脱出时，两浮箱不至于没有连接而完全自由分开，见图3和图4。该防脱链的长度能够保证浮箱在最大分开状态下也不会对两浮箱起拉扯作用。平时，该防脱链不起任何作用，处于自然悬垂状态，只有在吊块脱落下才起作用，用于将前后浮箱连接在一起并抱住桥墩。金属链和防脱链都应设置有一定高度，使其不淹没于水中，防止生锈。图3中每处结合面的防脱链为两根，两处结合面的防脱链共四根，这样可以保证连接强度。

常规防撞浮箱采用滚轮伸缩结构以适应桥墩横截面的变化，结构复杂，可靠性难以保证，而本防撞浮箱则通过两部分自由合围桥墩的方式来适应桥墩截面变化，两部分通过金属链和平衡吊块简单连接拉拢，形成非伸缩式防撞浮箱结构。借助水流作用，防撞浮箱即使在三个面接触运行的情况下，都可可靠运行。由于本浮箱取消了通常的伸缩导向装置、伸缩平衡装置等特殊结构，不仅有效的减少了投资成本、提高浮箱运行可靠性，而且大大降低后期维护强度与成本。

在前浮箱1和后浮箱2内侧间隔设置有若干竖向的橡胶护舷7，整个浮箱利用内侧布置的护舷在桥墩表面滑动摩擦运行。橡胶护舷的结构优选拱形，这样可以承受更大的冲撞力。本发明改现有的上下滚动运行方式为滑动运行方式，为了降低滑动阻力，在橡胶护舷7与桥墩接触的表面安装有低摩擦系数耐磨材料（实际中为聚四氟乙烯板）8，同时与拱形橡胶护舷位置对应的桥墩表面进行光滑处理，如渗透密封处理，在降低摩擦的同时，还可以防止水渗入桥墩锈蚀内部钢筋。

由于滚轮仅可单自由度运行、且受撞后的结构溃退型式不可控，难以适应水流作用下防撞钢浮箱的平面内转动特性，且船撞后滚轮的安装顶杆若不能有效溃退极有可能成为影响防撞装置的运行可靠性的元凶，为此，本发明将常规的滚轮式运行方式优化为滑动运行方式，利用防撞浮箱内侧护舷表面安装的四氟聚氯乙烯板与渗透密封处理后的桥墩表面滑动运行，采用该运行方式，不仅可多自由度运行，而且可有效提高船撞事故发生后结构的运行可靠性。此外，通过磨损试验证明，该运行方式使用寿命变长，可大大降低维护强度与成本。

进一步地，所述前浮箱和后浮箱均由上下两部分箱体构成，下部分箱体设置一定体积的密闭体（密闭空腔），下部分箱体密闭体排开水重量与防撞浮箱的自重平衡；上部分箱体设置一定体积的密闭体（密闭空腔），上部分箱体密闭体的排开水重量作为浮箱全部淹没时的富余浮力；浮箱外壁开有进水孔，进水孔布置在防撞浮箱正常浮态的水面线处，进水孔与上部浮箱的非密闭空间相通。

由于浮箱存在上升极限位置，如到达桥面或桥墩截面突变位置无法继续上升时，为了不使浮箱以及桥梁受损伤，使浮箱悬浮于水中。但由于漂浮状态和悬浮状态时浮力不发生变化，浮箱处于无动力状态，悬浮时无法随水位上升，因此在上部分开放箱体中设置一较小的封闭体来提供一定的驱动力，这部分驱动力可使装置上升，达到受限制位置后微微依靠于限制体，依靠力的大小等于该小封闭体提供的浮力的大小，因此可根据实际情况改变该小封闭体的体积调整富余浮力大小。

每一处竖直方向的橡胶护舷由断开的上下两段构成，该两段大致位于浮箱高度1/3处和2/3处，这样避免了全尺寸护舷在成本上的增加，而又不影响正常滑行。

本发明的浮箱主体为钢结构，由若干舱室构成并通过螺栓连接成为一个整体。每个独立舱段顶部设置两个人孔，便于人员进入内部进行检修。浮箱外轮廓线中上下游端均为半圆形弧形设计，这样可以在发生船舶碰撞时改变碰撞方向，尽量避开正面相撞。

本发明拱形护舷与桥墩间隙为50mm，日常运行中，利用护舷表面安装的聚四氟乙烯板与桥墩处理表面滑动运行。采用该运行方式，不仅可多自由度运行，而且可有效提高船撞事故发生后结构的运行可靠性。此外，通过磨损试验证明，该运行方式使用寿命变长，可大大降低维护强度与成本。在发生船撞事故后，利用拱形橡胶护舷的结构和材料的双重变形与桥墩接触，从而大大缓冲消能。另外浮箱主体则利用钢管进行消能和保护船体。

本发明根据不同的桥墩结构形式可以有不同的结构变形，但总的设计原理一致。图上反映的是本浮箱保护双桥墩的结构示意图，对于单桥墩结构只需要适应性修改即可。由于前后浮箱合围的时候，存在两个合围面，因此本发明的金属链和吊块连接方式、导向柱和导向孔的配合结构在两个合围面处均有设置。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，其特征在于：它由前浮箱（1）、后浮箱（2）与连接前后浮箱的伸缩装置构成；所述前浮箱和后浮箱均由上下两部分箱体构成，下部分箱体设置一定体积的密闭体，下部分箱体密闭体排开水重量与防撞浮箱的自重平衡；上部分箱体设置一定体积的密闭体，上部分箱体密闭体的排开水重量作为浮箱全部淹没时的富余浮力；浮箱外壁开有进水孔，进水孔布置在防撞浮箱正常浮态的水面线处，进水孔与上部浮箱的非密闭空间相通。

2. 根据权利要求1所述的可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，其特征在于：所述伸缩装置设置在前浮箱和后浮箱之间，伸缩装置包含导向柱、金属链（3）、滑轮装置（5）与平衡吊块（4）；导向柱设于其中一个浮箱的合围面上，另一个浮箱合围面上设有与导向柱对应的导向孔，导向柱插入导向孔中并可横向进出；金属链（3）一端固定在前浮箱（1）上，另一端跨过后浮箱上设置的滑轮装置与平衡吊块（4）相连；平衡吊块位于后浮箱中并处于自由悬垂状态。

3.根据权利要求1所述的可自动充排水的变截面桥墩防撞装置，其特征在于：整个防撞装置通过滑动运行的方式在桥墩表面滑动运行；在前浮箱和后浮箱内侧间隔设置有若干竖向的橡胶护舷（7），橡胶护舷表面安装低摩擦系数耐磨材料（8），与橡胶护舷表面对应的桥墩表面区域进行光滑处理。