CN103790123A - 一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构 - Google Patents

一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构 Download PDF

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Abstract

一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，其特征是一种以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳（1）、内部隔板（2）以及以泡沫塑料为填充材料（3）的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。本发明根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构的受力状况，在复合材料夹层结构不同高度层布设间距不相等的内部隔板，从而在高度方向上形成上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。本发明在满足桥墩防撞复合材料夹层结构强度要求的同时，可节约原材料，降低原材料成本与制造过程成本。

Description

一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构
技术领域
本发明涉及一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，尤其是一种以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及以泡沫塑料为填充材料的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。具体地说是一种根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构的受力状况，在复合材料夹层结构不同高度层布设间距不相等的内部隔板，从而在高度方向上形成上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
技术背景
具有材质软、弹性大、耐腐蚀、重量轻且能自浮等特点的复合材料夹层结构应用于桥墩防撞装置还具备不占用航道、既能保护桥墩又降低船舶损伤等优点。因此，复合材料夹层结构成为供人们设计桥墩防撞装置时选择的一种新型结构，并已在不少的桥梁中应用。
桥墩防撞复合材料夹层结构由以纤维材料为增强材料、聚合物树脂为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及泡沫塑料的填充材料构成。为了保证桥墩及桥梁的安全，根据不同的通航条件以及船舶外形，桥墩防撞复合材料夹层结构厚度、高度都相当大，从几十厘米到数米。复合材料夹层结构密度比水小，能够自浮在水中。根据不同设计要求，复合材料夹层结构露出水面的高度约为其本身高度的3/4～5/6。在使用过程中，船舶撞击复合材料夹层结构时，最先接触处是复合材料夹层结构露出水面的最上端部分，而且此时的撞击力也是整个撞击过程中最大的。此后，由于复合材料夹层结构的缓冲吸能作用，撞击力快速降低直至消失，从而保护桥墩乃至桥梁。
在船舶撞击过程中，复合材料夹层结构各个部分并不是同时受到相等的撞击力，而是上端受力大、下端受力小。目前的复合材料夹层结构的内部隔板都是等间距布置，复合材料夹层结构各个部分的强度都相等，而在高度方向上形成上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构未见有应用或报道。
发明内容
本发明的目的是根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构的受力状况，制造一种在高度方向上形成上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
实现本发明目的的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构是通过在复合材料夹层结构上端部分、下端部分分别布设间距小、大的内部隔板，制备上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
本发明所述的桥墩防撞复合材料夹层结构是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料的复合材料外壳、内部隔板以及以泡沫塑料（包含聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料等）为填充材料。
本发明所述的在高度方向上形成梯度强度的桥墩防撞复合材料夹层结构，是根据不同通航条件下，不同吨位船舶撞击桥墩防撞装置时，复合材料夹层结构上端部分受力大、下端部分受力小的特点，在满足桥墩防撞复合材料夹层结构的强度要求前提下，在复合材料夹层结构上端部分、下端部分分别布设间距小、大的内部隔板，制备上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，能够有效缓冲撞击力从而保护桥墩乃至桥梁。
本发明所述的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，具体过程为：
（1）通过大量实验数据测量与数值模拟，确定包含不同间距隔板的复合材料夹层结构强度以及不同吨位船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构受力情况。
（2）根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构上端部分受力大、下端部分受力小的特点，在满足桥墩防撞复合材料夹层结构的强度要求前提下，在复合材料夹层结构上端部分、下端部分分别布设间距小、大的内部隔板，制备上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
附图说明
图1为本发明的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构示意图
图2为船舶撞击桥墩防撞装置（部分）时复合材料夹层结构受力情况示意图
图3为梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构不同高度部分的强度示意图
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构：
实施例1
桥墩防撞复合材料夹层结构是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料，采用手糊成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制造复合材料外壳（1）、内部隔板（2）；采用整体成型方式或者二次填充方式制造泡沫塑料夹芯（聚氨酯泡沫塑料夹芯或聚苯乙烯泡沫塑料）（3）复合材料夹层结构，如图1所示。
实施例2
图2为船舶撞击桥墩防撞装置（部分）时复合材料夹层结构受力情况示意图。从图2中可看出，船舶撞击桥墩防撞装置时，复合材料夹层结构上端部分受力大、下端部分受力小。因此，复合材料夹层结构各个部分的强度可以不相等。
实施例3
图3为梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构不同高度部分的强度示意图。从图3中可看出，由于在复合材料夹层结构上端部分、下端部分分别布设间距小、大的内部隔板，可制备上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，能够符合船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构上端部分受力大、下端部分受力小的使用要求。
经过上述实施例的验证，本发明所提供的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，在满足桥墩防撞复合材料夹层结构强度要求的同时，可节约原材料，降低原材料成本与制造过程成本。

Claims (3)

1.一种梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构，其特征是一种根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构的受力状况，在复合材料夹层结构不同高度层布设间距不相等的内部隔板，从而在高度方向上形成上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
2.根据权利1所述的桥墩防撞复合材料夹层结构，其特征在于是以纤维材料（包含玻璃纤维、碳纤维等）为增强材料、聚合物树脂（包含不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等）为基体材料，采用手糊成型工艺或树脂传递模塑成型工艺制造复合材料外壳、内部隔板，内含整体成型方式或者二次填充方式制造泡沫塑料夹芯（聚氨酯泡沫塑料夹芯或聚苯乙烯泡沫塑料）的复合材料夹层结构。
3.根据权利1所述的在高度方向上形成梯度强度的桥墩防撞复合材料夹层结构，其特征在于根据船舶撞击桥墩防撞装置时复合材料夹层结构上端部分受力大、下端部分受力小的特点，在满足桥墩防撞复合材料夹层结构的强度要求前提下，在复合材料夹层结构上端部分、下端部分分别布设间距小、大的内部隔板，制备上端强度大、下端强度小的梯度强度桥墩防撞复合材料夹层结构。
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