CN103696401A - 桥梁防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种桥梁防护装置，包括环绕设置在桥墩四周的防撞消能圈和滑轨机构，所述滑轨机构包括若干根固定设置在桥墩上的直柱体，所述直柱体的轴线与桥墩的轴线平行，所述防撞消能圈包括若干个消能单元和连接件，所述若干个消能单元通过连接件依次相连形成环状结构，所述消能单元包括壳体和填充在壳体中的复合耗能材料，这种桥梁防护装置，防撞消能圈缓冲变形能力强，能最大程度降低大吨位船舶撞击桥墩时对船舶和桥墩造成的伤害；防撞消能圈耐腐蚀性强，围设在桥墩四周的防撞消能圈随水平面上下浮动，减小了防撞消能圈上下浮动是受到的阻力，同样还起到一定的导向作用，降低长时间在水中运行对防撞消能圈的影响。

Description

桥梁防护装置
技术领域
本发明涉及水上建筑安全防护技术领域，尤其涉及一种桥梁防护装置。
背景技术
随着经济和交通运输事业的发展，大型跨海、跨江桥梁不断兴建，这些大桥身处的江海都为繁忙的水路航道，风浪、波涛、水流的情况十分复杂，因此桥梁无法避免的承受着来自船只撞击的风险；随着船只的吨位越来越大，在具有一定速度的情况下，一旦与桥墩相撞，不仅船毁人亡，强大的撞击力会造成桥墩的变形、扭曲甚至是损毁，桥梁极有可能因此坍塌，产生十分严重的后果。
目前，国内外出现了多种类型的防护设置，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。例如中国专利号2006101552245公开的一种桥梁防撞碰垫桩阵，它主要存在几个问题：1、橡胶碰垫的缓冲变形量非常有限，对于小型船只可以较有效对桥墩起到防撞保护，但是对于吨位超过百吨的大型船舶来说无法很好的吸收撞击力，桥墩仍然避免不了破损；2、由于橡胶碰垫的位置都是相对固定的，对于水较深，潮涨潮落较为频繁的水域，需要增加橡胶碰垫的数量来保证船只的撞击力都只作用在碰垫上，安装布置困难，也增加了生产和维护成本。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。还有一种钢结构套箱消能设施利用钢材塑性变形破损消能，例如专利号为201010132681.9的《桥墩的安全防护装置》，但其通常只能承受单次撞击，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。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的桥梁防撞设施存在的各种问题，本发明提供了一种桥梁防护装置具有较强的缓冲变形能力并能随水面上下浮动来解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种桥梁防护装置，包括环绕设置在桥墩四周的防撞消能圈和滑轨机构，所述滑轨机构包括若干根固定设置在桥墩上的直柱体，所述直柱体的轴线与桥墩的轴线平行，所述防撞消能圈包括若干个消能单元和连接件，所述若干个消能单元通过连接件依次相连形成环状结构，所述消能单元包括壳体和填充在壳体中的复合耗能材料。
所述防撞消能圈的下部体积浸没在水中，产生浮力用于支撑防撞消能圈，水中部分相对于水面上的防撞消能圈部分的撞击现象要低很多，因此，水中部分的体积过大势必会造成材料的浪费和加重施工的负担，为了减少防撞消能圈浸没在水中部分的体积，所述消能单元在所述桥墩轴向上的截面为异形面，所述异形面的外轮廓包括上部曲线和下部曲线，所述上部曲线是弧度为5/6π～π的圆弧，所述上部曲线的弧度若大于π，既不利于脱模生产，而且弧度大于π的部分是船只较难接触到的，不仅增加了耗材还增加了整个防撞消能圈的体积重量，所述上部曲线的圆心在上部曲线的正下方，所述下部曲线是弧度为0～1/6π的圆弧，所述下部曲线的圆心在下部曲线的正上方，所述上部曲线的弦与下部曲线的弦长度大致相同，所述下部曲线的弧度为0时即为一条直线，所述下部曲线不局限于圆弧和直线，在满足水中部分能够产生足以支撑整个防撞消能圈的浮力的，尽量控制体积，下部曲线为圆弧进一步增强了防撞消能圈的缓冲变形能力，提高了防撞消能圈的防护性能。
所述上部曲线与下部曲线之间通过二段中间曲线连接，形成所述异形面的外轮廓，所述二段中间曲线为长度相同的直线，所述二段中间曲线等高且平行与所述桥墩的轴线设置，二段直线一段朝外，增大与迎面撞击而来的船只的接触面积，增加防撞消能圈的受力范围，另一段朝内，贴靠直柱体，增强防撞消能圈上下浮动时的稳定性。
作为优选，所述上部曲线的弦长为1m，所述中间曲线的长度为10cm，所述上部曲线的弧度为π，所述下部曲线的弧度为1/9π。
为了进一步增强结构强度，所述消能单元内还设置有至少一根消能柱，所述消能柱在所述桥墩轴向上的截面为环形。
作为优选，所述消能柱内和/或消能柱之间还填充有复合耗能材料。
具体的，所述连接件包括二个分别固定在相邻二个消能单元的连接处的扣环和一根连接杆或者锁链，所述连接杆或者锁链的两端分别与所述二个扣环固定连接，这种连接方式简单易操作，能降低安装防撞消能圈的难度，提高安装效率。
所述直柱体具有弧形侧面，所述防撞消能圈沿弧形侧面上下浮动，弧形侧面能减少防撞消能圈与直柱体之间的接触面积，降低防撞消能圈上下浮动所受到的阻力，并且，弧形侧面使得直柱体在受到强大的撞击力时受力较为平均，不易造成直柱体的扭曲、折断或者是损毁，影响防撞消能圈的浮动，所述直柱体的径向截面的轮廓为弓形或者月牙形，所述若干根直柱体沿周向均匀排列设置在桥墩的侧面上，所述直柱体通过螺栓与桥墩固定，对于形状为直棱柱的桥墩来说，它的侧面为平面，则所述直柱体的径向截面的轮廓为弓形，所述直柱体的一个侧面也为平面，作为与桥墩的连接面，稳定可靠，同样的，如果桥墩为圆柱体，直柱体的径向截面的轮廓为月牙形，则直柱体与桥墩的连接面为贴合圆柱体侧面的弧形面。
具体的，所述复合耗能材料包括耗能材料和消能肋，所述消能肋沿周向、间隔缠绕在耗能材料的表面上和交织穿插设置在耗能材料中，所述耗能材料为聚氨酯泡沫，所述消能肋为玻璃纤维和树脂的混合物，消能肋和耗能材料的组合进一步增强防撞消能圈的缓冲变形能力。
具体的，所述直柱体的材料为碳高分子复合材料，所述壳体为复合材料面层构成的实心壳体，所述复合材料面层为玻璃纤维和树脂的混合物，所述消能柱的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
本发明的有益效果是，这种桥梁防护装置，防撞消能圈缓冲变形能力强，能最大程度降低大吨位船舶撞击桥墩时对船舶和桥墩造成的伤害；防撞消能圈耐腐蚀性强，使用寿命长，长时间使用不会降低防撞性能；围设在桥墩四周的防撞消能圈随水平面上下浮动，无论潮涨潮落，防撞消能圈始终处于船只的撞击范围内，在有效保护桥墩和船舶的安全的同时，降低了耗材，结构简化，方便安装实施，利用滑轨机构使防撞消能圈原来与桥墩的面接触改变成与滑轨机构的线接触，减小了防撞消能圈上下浮动是受到的阻力，同样还起到一定的导向作用，降低长时间在水中运行对防撞消能圈的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种桥梁防护装置实施例一的结构示意图。
图2是实施例一的消能单元的截面图。
图3是本发明一种桥梁防护装置实施例二的结构示意图。
图4是实施例二的消能单元的截面图。
图5是本发明一种桥梁防护装置实施例三的消能单元的截面图。
图6是本发明一种桥梁防护装置实施例四的消能单元的截面图。
图7是本发明一种桥梁防护装置实施例五的消能单元的截面图。
图8是本发明一种桥梁防护装置实施例六的消能单元的截面图。
图中1、桥墩，2、直柱体，3、消能单元，4、壳体，5、上部曲线，6、下部曲线，7、中间曲线，8、扣环，9、连接杆，10、耗能材料，11、消能肋，12、消能柱。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～2所示，一种桥梁防护装置的实施例一，包括环绕设置在桥墩1四周的防撞消能圈和滑轨机构，滑轨机构包括若干根固定设置在桥墩1上的直柱体2，直柱体2的轴线与桥墩1的轴线平行，防撞消能圈包括若干个消能单元3和连接件，若干个消能单元3通过连接件依次相连形成环状结构，消能单元3包括壳体4和填充在壳体4中的复合耗能材料，消能单元3在桥墩1轴向上的截面为异形面，异形面的外轮廓包括上部曲线5和下部曲线6，上部曲线5是弧度为π的圆弧，上部曲线5的圆心在上部曲线5的正下方，下部曲线6是弧度为1/9π的圆弧，下部曲线6的圆心在下部曲线6的正上方，上部曲线5的弦与下部曲线6的弦长度相同，上部曲线5与下部曲线6之间通过二段中间曲线7连接，形成异形面的外轮廓，二段中间曲线7为长度相同的直线，二段中间曲线7等高且平行与桥墩1的轴线设置，上部曲线5的弦长为1m，中间曲线7的长度为10cm，连接件包括二个分别固定在相邻二个消能单元3的连接处的扣环8和一根连接杆9或者锁链，连接杆9或者锁链的两端分别与二个扣环8固定连接，直柱体2具有弧形侧面，防撞消能圈沿弧形侧面上下浮动，直柱体2的径向截面的轮廓为弓形，若干根直柱体2沿周向均匀排列设置在桥墩1的侧面上，直柱体2通过螺栓与桥墩1固定，直柱体2的材料为碳高分子复合材料，复合耗能材料包括耗能材料10和消能肋11，所述消能肋11沿周向、间隔缠绕在耗能材料10的表面上和交织穿插设置在耗能材料10中，耗能材料10为聚氨酯泡沫，消能肋11为玻璃纤维和树脂的混合物，壳体4为复合材料面层构成的实心壳体，复合材料面层为玻璃纤维和树脂的混合物。
如图3～4所示，一种桥梁防护装置的实施例二，与实施例一的区别在于：针对圆柱形的桥墩1，直柱体2的径向截面的轮廓为月牙形，直柱体2与桥墩1的连接面也为弧形面，连接件包括承插式法兰和螺栓，消能单元3通过法兰和螺栓固定连接，消能单元3在桥墩1轴向上的截面为圆形面。
如图5所示，一种桥梁防护装置的实施例三，消能单元内还设置有一个消能柱12，消能柱12在所述桥墩轴向上的截面为环形，消能柱12内无填充物，复合耗能材料填充在壳体4与消能柱12之间，消能柱12的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
如图6所示，一种桥梁防护装置的实施例四，消能单元内还设置有一个消能柱12，消能柱12在所述桥墩轴向上的截面为环形，消能柱12内填充有耗能材料10，复合耗能材料填充在壳体4与消能柱12之间，消能柱12的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
如图7所示，一种桥梁防护装置的实施例五，消能单元内还设置有两个消能柱12，消能柱12在所述桥墩轴向上的截面为环形，一大一小，较大的消能柱12套设与较小的消能柱12上，较小的消能柱12内填充有耗能材料10，复合耗能材料填充在壳体4与较大的消能柱12之间，消能柱12的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
如图8所示，一种桥梁防护装置的实施例六，消能单元内还设置有两个消能柱12，消能柱12在所述桥墩轴向上的截面为环形，一大一小，较大的消能柱12套设与较小的消能柱12上，较小的消能柱12内和两个消能柱12之间填充有耗能材料10，消能柱12的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种桥梁防护装置，其特征在于：包括环绕设置在桥墩（1）四周的防撞消能圈和滑轨机构，所述滑轨机构包括若干根固定设置在桥墩（1）上的直柱体（2），所述直柱体（2）的轴线与桥墩（1）的轴线平行，所述防撞消能圈包括若干个消能单元（3）和连接件，所述若干个消能单元（3）通过连接件依次相连形成环状结构，所述消能单元（3）包括壳体（4）和填充在壳体（4）中的复合耗能材料。
2.如权利要求1所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述消能单元（3）在所述桥墩（1）轴向上的截面为异形面，所述异形面的外轮廓包括上部曲线（5）和下部曲线（6），所述上部曲线（5）是弧度为5/6π～π的圆弧，所述上部曲线（5）的圆心在上部曲线（5）的正下方，所述下部曲线（6）是弧度为0～1/6π的圆弧，所述下部曲线（6）的圆心在下部曲线（6）的正上方，所述上部曲线（5）的弦与下部曲线（6）的弦长度大致相同。
3.如权利要求2所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述上部曲线（5）与下部曲线（6）之间通过二段中间曲线（7）连接，形成所述异形面的外轮廓，所述二段中间曲线（7）为长度相同的直线，所述二段中间曲线（7）等高且平行与所述桥墩（1）的轴线设置。
4.如权利要求3所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述上部曲线（5）的弦长为1m，所述中间曲线（7）的长度为10cm，所述上部曲线（5）的弧度为π，所述下部曲线（6）的弧度为1/9π。
5.如权利要求2所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述消能单元（3）内还设置有至少一根消能柱（12），所述消能柱（12）在所述桥墩（1）轴向上的截面为环形。
6.如权利要求5所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述消能柱（12）内和/或消能柱（12）之间还填充有复合耗能材料。
7.如权利要求1所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述连接件包括二个分别固定在相邻二个消能单元（3）的连接处的扣环（8）和一根连接杆（9）或者锁链，所述连接杆（9）或者锁链的两端分别与所述二个扣环（8）固定连接。
8.如权利要求1所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述直柱体（2）具有弧形侧面，所述防撞消能圈沿弧形侧面上下浮动，所述直柱体（2）的径向截面的轮廓为弓形或者月牙形，所述若干根直柱体（2）沿周向均匀排列设置在桥墩（1）的侧面上，所述直柱体（2）通过螺栓与桥墩（1）固定。
9.如权利要求1或6所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述复合耗能材料包括耗能材料（10）和消能肋（11），所述消能肋（11）沿周向、间隔缠绕在耗能材料（10）的表面上和交织穿插设置在耗能材料（10）中，所述耗能材料（10）为聚氨酯泡沫，所述消能肋（11）为玻璃纤维和树脂的混合物。
10.如权利要求5所述的桥梁防护装置，其特征在于：所述直柱体（2）的材料为碳高分子复合材料，所述壳体（4）为复合材料面层构成的实心壳体，所述复合材料面层为玻璃纤维和树脂的混合物，所述消能柱（12）的材料为玻璃纤维和树脂的混合物。
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