CN103966980B - 钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置及防船撞桥梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置及防船撞桥梁，防船撞装置包括与桥梁桥墩或承台固接的耗能构件以及与传力构件，耗能构件设置为一格栅式结构，且主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板，其平面延伸方向与格栅式结构的累进压缩方向基本垂直。本发明的防船撞桥梁是在桥梁桥墩或承台上固接有本发明的防船撞装置，多个防船撞装置间隔式分设在桥梁桥墩或承台的周围，或者是连续包覆在桥梁桥墩或承台的周围；每个防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁桥墩或承台上。本发明的防船撞装置传力路径明确、耗能模式稳定、耗能效率高、耐腐蚀性好、安全性高且施工简便。

Description

钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置及防船撞桥梁

技术领域

本发明涉及一种桥梁防船撞装置，特别涉及一种利用钢-混凝土组合式结构来防船舶撞击桥梁的装置。

背景技术

在设计通航水域桥梁时，必须考虑船撞问题。否则，将可能导致桥梁结构发生破坏甚至倒塌，造成巨大的经济损失、人员伤亡以及非常负面的社会影响。1960年至2007年，世界上有34座重要桥梁因船撞而倒塌，造成了346人死亡。当船撞动力需求大于桥梁结构的抗撞能力时，需要设置必要的防撞装置来减小桥梁船撞破坏的风险。

目前，根据防撞措施与桥梁结构在空间上的布置关系，可分为两大类：(1)与被保护的桥梁结构分离的独立式防撞结构，如桩承式防撞结构等；(2)与桥梁结构相连的附着式防撞结构，如钢结构组成的护舷防护系统等。相比其他防撞措施，钢结构护舷形式防撞措施凭借其良好的经济性以及施工简便、适应性强等优点，在我国深水桥梁(如近年修建的苏通大桥、金塘大桥和上海长江大桥等)的防撞中得到广泛的运用。

钢结构护舷通常是由竖向外板、竖向加劲肋、水平加劲肋等钢板或型钢组成的箱型结构，通过钢构件的压弯、屈曲和断裂来耗散船舶动能。然而，这类传统的钢结构防撞措施存在以下不足：(1)由于采用薄钢板作为面板，船撞作用下钢面板过早发生破坏，使得参与耗能的构件非常有限，耗能效率低下；(2)内部耗能构件多采用各向同性的格孔形式，大多具有各向同性的刚度，竖向和水平向刚度差异不大，这使得船撞下结构的破坏模式不确定、不可控，无法准确地估计和预测结构的耗能能力；(3)钢面板易腐蚀，在桥梁全寿命期抗撞能力将逐步降低，使其成为最为易损构件，进一步恶化防撞结构的耗能能力；(4)易燃船舶碰撞时，直接的钢-钢接触可能造成火灾或爆炸。对于钢结构护舷面板薄弱问题，现有的解决思路是：用薄壁圆钢管作防撞结构外面板的主要横向加劲肋，以提高外板的整体刚度。这种解决思路通过复杂的构造能够在一定程度上增加外钢板的刚度，但不能从根本上解决传统钢结构护舷的问题(如仍采用钢结构外板，腐蚀后刚度将显著地降低等)，且使得制作工艺更为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种传力路径明确、耗能模式稳定、耗能效率高、耐腐蚀性好、各构件性能要求明确、安全性高、施工简便的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，还相应提供带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的桥梁。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，所述防船撞装置包括与桥梁桥墩或桥梁承台固接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，所述耗能构件设置为一主要由钢板拼接组合成的格栅式结构，且该格栅式结构主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；所述传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板，所述超高性能混凝土面板的平面延伸方向与所述格栅式结构的累进压缩方向基本垂直。

现今的桥梁防船撞研究尚处于较初级的阶段，很多技术问题对于我们来说都是新的课题，如防撞装置的合理破坏模式、耗能估计方法等等。由于对这些技术问题认识的不足和局限性，以往设计的防船撞装置往往不区分耗能构件和传力构件，一般将整个防船撞装置都视为耗能构件。尽管现有提出的部分防船撞装置也有采用“内板+夹芯缓冲耗能构件+外板”的结构形式，但并没有研究人员将外板定位为具有传递和扩散作用的功能件，由于这种功能认知的不足，使得鲜有学者会从外板的材料方面去进行考虑和设计，这也使得现有的防船撞装置几乎都是采用常规的钢材或普通混凝土材料(甚至其他力学性能更差的材料)制作。然而，我们经过反复的研究和大胆创新地尝试，首先对防船撞装置的不同部分进行功能区划，将其划分为耗能构件和传力构件，针对不同部位的功能性构件，我们又有针对性地特别选用不同的材料进行制作。超高性能混凝土是近年来在土木工程中兴起的材料，具有优异力学性能。但现有技术中鲜有研究将超高性能混凝土运用于防撞领域，我们根据超高性能混凝土在抗冲击试验中表现出来的优异性能将其创造性地用于防撞结构中，尤其是将其作为防船撞结构的传力构件，使其充分发挥超高性能混凝土的抗冲击性能。更进一步的，我们选择抗撞性能优异的超高性能混凝土面板作为传力构件的同时，采用受压具有稳定变形模式的格栅式结构钢板作为耗能构件，提出了这样一种钢-混凝土组合结构形式、耗能-传力组合功能形式的防船撞装置，借此实现了本领域中防船撞装置技术上的突破，这一创新尝试有望激发出超高性能混凝土在防船撞装置领域应用的巨大的潜力，具有广阔的产业化应用前景。

上述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置中，优选的，所述耗能构件的格栅式结构主要是由多个X型钢板组合拼接而成。更优选的，所述X型钢板主要是由两块预弯钢板(或波折钢板)在弯折处对接而成，两块预弯钢板之间可焊接，也可以螺栓连接；位于耗能构件最外侧的预弯钢板与所述传力构件连接，且最外侧的预弯钢板的开口朝向迎船撞方向。

上述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置中，优选的，所述耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板的交界处、以及最外侧的X型钢板与所述传力构件的交界处，均设置有竖向钢板，且该竖向钢板与所述超高性能混凝土面板平行布置，所述耗能构件内部不设置与水平方向平行或接近平行的横向钢板；在最外侧的X型钢板与传力构件交界处设置的竖向钢板通过抗剪连接件(或抗剪构造)与所述的超高性能混凝土面板连接；所述的抗剪构造优选为凹凸槽式结合面，所述的抗剪连接件优选为栓钉或PBL剪力键。在相邻两X型钢板交界处设置的竖向钢板可通过紧固件(例如螺栓)与X型钢板连接，也可焊接，但优选螺栓连接。由于防船撞装置主要承受冲压，剪力一般较小，因此也可以将螺栓连接于抗剪连接件(或抗剪构造)合并进行处理。

上述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置中，优选的，所述防船撞装置采用能力保护的设计方法进行配制，通过调整耗能构件中(预弯)X型钢板的抗压强度使其在船撞作用下先于所述超高性能混凝土面板破坏。

上述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置中，优选的，所述超高性能混凝土面板是指超高性能混凝土浇筑而成的面板。在本发明中的超高性能混凝土是指具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性好且防撞性能优异的混凝土，特别优选为活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土。相比普通混凝土，超高性能混凝土是抗冲击性能更为优异的混凝土材料。所述超高性能混凝土面板内优选配置有竖向钢筋和水平钢筋。通过配置竖向钢筋和水平钢筋可进一步提高传力结构的抗撞能力。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，在所述防船撞桥梁的桥梁桥墩或桥梁承台上固接有一个以上的上述本发明的防船撞装置，多个的防船撞装置是间隔式分设在桥梁桥墩或桥梁承台的周围，或者是连续包覆在桥梁桥墩或桥梁承台的周围；每个防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁桥墩或桥梁承台上。

上述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁中，优选的，所述防船撞装置的顶部设有横向支撑梁，所述防船撞装置的内侧设有分隔桥梁桥墩或桥梁承台与所述耗能构件的内混凝土面板；所述的横向支撑梁为一悬臂梁，仅起支撑作用，可通过预设孔洞分别与防船撞装置的内混凝土面板、耗能构件和传力构件相连，但更优选的，所述横向支撑梁通过套设其上的多个挂环分别与防船撞装置的内混凝土面板、耗能构件和传力构件相连；所述横向支撑梁的一端通过连接构造固接到桥梁桥墩或桥梁承台上。

上述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁中，更优选的，所述耗能构件的格栅式结构的上、下方分别固接有上顶板和下底板，所述格栅式结构中的X型钢板可通过焊缝与上顶板和下底板连接；所述耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板的交界处、最内侧的X型钢板与所述内混凝土面板的交界处以及最外侧的X型钢板与所述传力构件的交界处，均设置有竖向钢板(竖向钢板与相邻构件的连接方式见上文中的描述)；所述横向支撑梁上与耗能构件连接的挂环是直接连接在竖向钢板上。

上述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁中，优选的，间隔式分设在桥梁桥墩或桥梁承台周围的多个防船撞装置通过浇筑连接接头形成一个包覆桥梁桥墩或桥梁承台的整体式防船撞装置。

上述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁中，防船撞装置的高度(H)可通过对桥位水位、船型特点分析可能会发生的碰撞情况后具体确定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用的超高性能混凝土面板具有高强度、高韧性和优异的抗冲击性能等优点，极大地提高了防船撞装置最外侧迎船撞面板的抗撞性能，避免与船舶直接接触的面板过早破坏，使尽可能多的内部构件参与耗能，提高了防船撞装置的耗能效率；

(2)本发明采用的超高性能混凝土面板具有优异的耐久性，能够保证防撞措施在桥梁全寿命期内的工作性能，减小全寿命期的维护成本；

(3)本发明采用超高性能混凝土作为面板，其避免了易燃船舶碰撞时钢与钢的直接接触导致的火灾或爆炸，提高了本发明防船撞装置的安全性；

(4)本发明优选的技术方案中采用X型钢板作为主要耗能构件，在更优选的方案中，该X型钢板由两块波折钢板对接形成；由于耗能构件在迎船撞方向采用波折(预弯)破坏引导措施，这使得船撞下X型钢板在波折方向上能够稳定地发生累进式压弯破坏(而不是其他不能预测的破坏模式)，从而保证防船撞装置的耗能效果。另外，由于设置X型钢板对船撞方向和冲击模式进行引导，这使得我们在设计计算中能够简便而准确地估计防船撞装置的防撞能力和水准。

综上所述，借助本发明中耐撞性良好的超高性能混凝土面板和耗能模式稳定的X型钢板，本发明的钢-超高性能混凝土组合式桥梁防船撞装置具有传力路径明确、耗能模式稳定、耗能效率高、耐腐蚀性好、各构件性能要求明确、安全性高、施工简便等优点，具有极大的使用价值和良好的经济效益，在深水桥梁防撞领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(竖向断面图，省略了部分剖面线)。

图2为本发明实施例1中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(平面图)。

图3为本发明实施例2中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(竖向断面图，省略了部分剖面线)。

图4为本发明实施例2中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(平面图)。

图5为本发明实施例3中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(竖向断面图，省略了部分剖面线)。

图6为本发明实施例3中钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的结构示意图(平面图)。

图例说明

1、超高性能混凝土面板；2、竖向钢筋；3、水平钢筋；4、抗剪连接件；5、X型钢板；51、预弯钢板；6、竖向钢板；7、内混凝土面板；8、横向支撑梁；9、上顶板；10、下底板；11、挂环；12、连接构造；13、桩基；14、节段防船撞装置；15、桥梁桥墩；16、桥梁承台。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定、固接、连接或相连”于另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或相连在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或相连在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，下文中所用到的任何原材料等均可从市场购得或可通过已知的方法制备获得。

实施例1：

一种如图1、图2所示的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，在该防船撞桥梁的桥梁桥墩15下方设有桥梁承台16，桥梁承台16设于桩基13上，桥梁承台16上固接有八个本发明的防船撞装置，这八个防船撞装置间隔式分设在桥梁承台16的周围，每个防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁承台16上。

本发明的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置包括与桥梁承台16固接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，耗能构件设置为一主要由钢板拼接组合成的格栅式结构，且该格栅式结构主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板1，超高性能混凝土面板1的平面延伸方向与格栅式结构的累进压缩方向基本垂直。

如图1所示，本实施例中耗能构件的格栅式结构主要是由多个X型钢板5组合拼接而成。该X型钢板5是由两块预弯钢板51在弯折处对接而成，两块预弯钢板之间可焊接，也可螺栓连接；位于耗能构件最外侧的预弯钢板51与传力构件连接，且最外侧的预弯钢板51的开口朝向迎船撞方向。耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板5的交界处、最内侧的X型钢板5与桥梁承台16的交界处以及最外侧的X型钢板5与传力构件的交界处均设置有竖向钢板6，且该竖向钢板6与超高性能混凝土面板1平行布置。耗能构件内部不设置与水平方向平行或接近平行的横向钢板。在最外侧的X型钢板5与传力构件交界处设置的竖向钢板6通过抗剪连接件4与超高性能混凝土面板1连接。本实施例中的抗剪连接件4选用剪力钉。在相邻两X型钢板5交界处设置的竖向钢板6通过紧固螺栓与X型钢板5连接。由于防船撞装置主要承受冲压，剪力一般较小，因此也可以将紧固螺栓连接于抗剪连接件4合并进行处理。该耗能构件的格栅式结构的上、下方还分别固接有上顶板9和下底板10，上顶板9、下底板10以及两侧的竖向钢板6将X型钢板5组合拼接成的格栅式结构包围起来。X型钢板5与上顶板9和下底板10是通过焊缝连接。

本实施例中的防船撞装置采用能力保护的设计方法进行配制，且使得耗能构件在船撞作用下先于传力构件破坏。本实施例中的超高性能混凝土面板是指超高性能混凝土浇筑而成的面板，而超高性能混凝土是指具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性好且防撞性能优异的混凝土。超高性能混凝土面板1内配置有竖向钢筋2和水平钢筋3；通过配置竖向钢筋2和水平钢筋3可进一步提高传力构件的抗撞能力。

本实施例中的防船撞装置的顶部设有横向支撑梁8(为一悬臂梁)，防船撞装置的内侧设有分隔桥梁承台16与耗能构件的内混凝土面板7；横向支撑梁8通过套设其上的多个挂环11分别与防船撞装置的内混凝土面板7、耗能构件和传力构件相连；横向支撑梁8上与耗能构件连接的挂环11是直接连接在竖向钢板6上。横向支撑梁8的一端通过连接构造12固接到桥梁承台16上。

如图2所示，本实施例中的桥梁承台16截面呈矩形，在矩形每条边的桥梁承台16上均固结有两个上述本实施例的防船撞装置，且八个防船撞装置沿桥梁承台16的中心轴呈中心对称分布。每个防船撞装置形成一个节段防船撞装置14，八个节段防船撞装置14相互连接形成桥梁承台16的整体防船撞装置。

上述本实施例的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的施工步骤为：

(1)先预先制作好X型钢板5、竖向钢板6、上顶板9和下底板10等，并通过焊缝和螺栓等连接方式形成如图1所示的一个箱型格栅式结构，以用作耗能构件的主体；

(2)在即将与超高性能混凝土面板1连接的竖向钢板6的外侧布置抗剪连接件4，再布置竖向钢筋2和水平钢筋3，然后浇筑超高性能混凝土，并进行蒸汽养护，节段接头处预留连接钢筋，形成防船撞装置的主体；

(3)在桥梁承台16上通过连接构造12安装横向支撑梁8，再通过挂环11吊装防船撞装置内侧的内混凝土面板7，同时通过挂环11将防船撞装置的主体挂于横向支撑梁8上；

(4)通过浇筑接头连接各节段防船撞装置14，形成本实施例中桥梁承台16的整体防船撞装置。

实施例2：

一种如图3、图4所示的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，在该防船撞桥梁的桥梁桥墩15上固接有四个本发明的防船撞装置，这四个防船撞装置间隔式分设在桥梁桥墩15的周围，每个防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁桥墩15上。

本发明的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置包括与桥梁桥墩15固接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，耗能构件设置为一主要由钢板拼接组合成的格栅式结构，且该格栅式结构主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板1，超高性能混凝土面板1的平面延伸方向与格栅式结构的累进压缩方向基本垂直。

如图3所示，本实施例中耗能构件的格栅式结构主要是由多个X型钢板5组合拼接而成。该X型钢板5是由两块预弯钢板51在弯折处对接而成，两块预弯钢板之间可焊接，也可螺栓连接；位于耗能构件最外侧的预弯钢板51与传力构件连接，且最外侧的预弯钢板51的开口朝向迎船撞方向。耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板5的交界处、最内侧的X型钢板5与桥梁桥墩15的交界处以及最外侧的X型钢板5与传力构件的交界处均设置有竖向钢板6，且该竖向钢板6与超高性能混凝土面板1平行布置。耗能构件内部不设置与水平方向平行或接近平行的横向钢板。在最外侧的X型钢板5与传力构件交界处设置的竖向钢板6通过抗剪连接件4与超高性能混凝土面板1连接。本实施例中的抗剪连接件4选用剪力钉。在相邻两X型钢板5交界处设置的竖向钢板6通过紧固螺栓与X型钢板5连接。由于防船撞装置主要承受冲压，剪力一般较小，因此也可以将紧固螺栓连接于抗剪连接件4合并进行处理。该耗能构件的格栅式结构的上、下方还分别固接有上顶板9和下底板10，上顶板9、下底板10以及两侧的竖向钢板6将X型钢板5组合拼接成的格栅式结构包围起来，形成耗能构件的主体。X型钢板5与上顶板9和下底板10是通过焊缝连接。

本实施例中的防船撞装置采用能力保护的设计方法进行配制，且使得耗能构件在船撞作用下先于传力构件破坏。本实施例中的超高性能混凝土面板是指超高性能混凝土浇筑而成的面板，而超高性能混凝土是指具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性好且防撞性能优异的混凝土。超高性能混凝土面板1内配置有竖向钢筋2和水平钢筋3；通过配置竖向钢筋2和水平钢筋3可进一步提高传力构件的抗撞能力。

本实施例中的防船撞装置的顶部设有横向支撑梁8(为一悬臂梁)，防船撞装置的内侧设有分隔桥梁桥墩15与耗能构件的内混凝土面板7；横向支撑梁8通过套设其上的多个挂环11分别与防船撞装置的内混凝土面板7、耗能构件和传力构件相连；横向支撑梁8上与耗能构件连接的挂环11是直接连接在竖向钢板6上。横向支撑梁8的一端通过连接构造12固接到桥梁桥墩15上。

如图4所示，本实施例中的桥梁桥墩15截面呈圆形，在桥梁桥墩15的周边固接有四个上述本实施例的防船撞装置，且四个防船撞装置沿桥梁桥墩15的中心轴呈中心对称分布。每个防船撞装置形成一个节段防船撞装置14，四个节段防船撞装置14相互连接形成桥梁桥墩15的整体防船撞装置。

上述本实施例的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的施工步骤为：

(1)先预先制作好X型钢板5、竖向钢板6、上顶板9和下底板10等，并通过焊缝和螺栓等连接方式形成如图3所示的一个箱型格栅式结构，以用作耗能构件的主体；

(2)在即将与超高性能混凝土面板1连接的竖向钢板6的外侧布置抗剪连接件4，再布置竖向钢筋2和水平钢筋3，然后浇筑超高性能混凝土，并进行蒸汽养护，节段接头处预留连接钢筋，形成防船撞装置的主体；

(3)在桥梁承台16上通过连接构造12安装横向支撑梁8，再通过挂环11吊装防船撞装置内侧的内混凝土面板7，同时通过挂环11将防船撞装置的主体挂于横向支撑梁8上；

(4)通过浇筑接头连接各节段防船撞装置14，形成本实施例中桥梁桥墩15的整体防船撞装置。

实施例3：

一种如图5、图6所示的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，在该防船撞桥梁的桥梁桥墩15的周围连续包覆有本发明的防船撞装置，该防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁桥墩15上。

本发明的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置包括与桥梁桥墩15固接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，耗能构件设置为一主要由钢板拼接组合成的格栅式结构，且该格栅式结构主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板1，超高性能混凝土面板1的平面延伸方向与格栅式结构的累进压缩方向基本垂直。

如图5所示，本实施例中耗能构件的格栅式结构主要是由多个X型钢板5组合拼接而成。相比实施例1和实施例2，本实施例中所有的X型钢板5在竖直平面内旋转了90度，但这并不影响耗能构件的作用效果，也不会影响对船撞方向的引导。该X型钢板5是由两块预弯钢板51在弯折处对接而成，两块预弯钢板之间可焊接，也可螺栓连接；位于耗能构件最外侧的预弯钢板51与传力构件连接，且最外侧的预弯钢板51的开口朝向迎船撞方向。耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板5的交界处、最内侧的X型钢板5与桥梁桥墩15的交界处以及最外侧的X型钢板5与传力构件的交界处均设置有竖向钢板6，且该竖向钢板6与超高性能混凝土面板1平行布置。耗能构件内部不设置与水平方向平行或接近平行的横向钢板。在最外侧的X型钢板5与传力构件交界处设置的竖向钢板6通过抗剪连接件4与超高性能混凝土面板1连接。本实施例中的抗剪连接件4选用剪力钉。在相邻两X型钢板5交界处设置的竖向钢板6通过紧固螺栓与X型钢板5连接。由于防船撞装置主要承受冲压，剪力一般较小，因此也可以将紧固螺栓连接于抗剪连接件4合并进行处理。该耗能构件的格栅式结构的上、下方还分别固接有上顶板9和下底板10，上顶板9、下底板10以及两侧的竖向钢板6将X型钢板5组合拼接成的格栅式结构包围起来，形成耗能构件的主体。X型钢板5与上顶板9和下底板10是通过焊缝连接。

本实施例中的防船撞装置采用能力保护的设计方法进行配制，且使得耗能构件在船撞作用下先于传力构件破坏。本实施例中的超高性能混凝土面板是指超高性能混凝土浇筑而成的面板，而超高性能混凝土是指具有超高强度、高延性、高韧性、高和易性、耐久性好且防撞性能优异的混凝土。超高性能混凝土面板1内配置有竖向钢筋2和水平钢筋3；通过配置竖向钢筋2和水平钢筋3可进一步提高传力构件的抗撞能力。

本实施例中的防船撞装置的顶部设有横向支撑梁8(为一悬臂梁)，防船撞装置的内侧设有分隔桥梁桥墩15与耗能构件的内混凝土面板7；横向支撑梁8通过套设其上的多个挂环11分别与防船撞装置的内混凝土面板7、耗能构件和传力构件相连；横向支撑梁8上与耗能构件连接的挂环11是直接连接在竖向钢板6上。横向支撑梁8的一端通过连接构造12固接到桥梁桥墩15上。

如图6所示，本实施例中的桥梁桥墩15截面呈六边形，在桥梁桥墩15的周边连续包覆有上述本实施例的防船撞装置，且防船撞装置沿桥梁桥墩15的中心轴呈中心对称分布。

上述本实施例的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的施工步骤为：

(1)先预先制作好X型钢板5、竖向钢板6、上顶板9和下底板10等，并通过焊缝和螺栓等连接方式形成如图5所示的一个箱型格栅式结构，以用作耗能构件的主体；

(2)在即将与超高性能混凝土面板1连接的竖向钢板6的外侧布置抗剪连接件4，再布置竖向钢筋2和水平钢筋3，然后浇筑超高性能混凝土，并进行蒸汽养护，节段接头处预留连接钢筋，形成防船撞装置的主体；

(3)在桥梁桥墩15上通过连接构造12安装横向支撑梁8，再通过挂环11吊装防船撞装置内侧的内混凝土面板7，同时通过挂环11将防船撞装置的主体挂于横向支撑梁8上；

(4)通过浇筑接头连接各节段防船撞装置14，形成本实施例中桥梁桥墩15的整体防船撞装置。

上述实施例的防船撞桥梁中，防船撞装置的高度H可通过对桥位水位、船型特点分析可能会发生的碰撞情况后具体确定。

Claims (8)

1.一种钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，其特征在于：所述防船撞装置包括与桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）固接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，所述耗能构件设置为一主要由钢板拼接组合成的格栅式结构，且该格栅式结构主要是通过迎船撞方向的累进压缩实现耗能；所述传力构件包括一固接在耗能构件外侧的超高性能混凝土面板（1），所述超高性能混凝土面板（1）的平面延伸方向与所述格栅式结构的累进压缩方向基本垂直；

所述耗能构件的格栅式结构主要是由多个X型钢板（5）组合拼接而成；所述防船撞装置采用能力保护的设计方法进行配制，通过调整耗能构件中X型钢板（5）的抗压强度使其在船撞作用下先于所述超高性能混凝土面板（1）破坏。

2.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，其特征在于：所述X型钢板（5）主要是由两块预弯钢板（51）在弯折处对接而成；位于耗能构件最外侧的预弯钢板（51）与所述传力构件连接，且最外侧的预弯钢板（51）的开口朝向迎船撞方向。

3.根据权利要求1所述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，其特征在于：所述耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板（5）的交界处、以及最外侧的X型钢板（5）与所述传力构件的交界处，均设置有竖向钢板（6），且该竖向钢板（6）与所述超高性能混凝土面板（1）平行布置，所述耗能构件内部不设置与水平方向平行或接近平行的横向钢板；在最外侧的X型钢板（5）与传力构件交界处设置的竖向钢板（6）通过抗剪连接件（4）与所述的超高性能混凝土面板（1）连接。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置，其特征在于：所述超高性能混凝土面板（1）是由活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土浇筑而成的面板，所述超高性能混凝土面板（1）内配置有竖向钢筋（2）和水平钢筋（3）。

5.一种带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，其特征在于：在所述防船撞桥梁的桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）上固接有一个以上的如权利要求1～4中任一项所述的防船撞装置，多个的防船撞装置是间隔式分设在桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）的周围，或者是连续包覆在桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）的周围；每个防船撞装置是通过悬挑方式固接在桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）上。

6.根据权利要求5所述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，其特征在于：所述防船撞装置的顶部设有横向支撑梁（8），所述防船撞装置的内侧设有分隔桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）与所述耗能构件的内混凝土面板（7）；所述横向支撑梁（8）通过套设其上的多个挂环（11）分别与防船撞装置的内混凝土面板（7）、耗能构件和传力构件相连；所述横向支撑梁（8）的一端通过连接构造（12）固接到桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）上。

7.根据权利要求6所述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，其特征在于：所述耗能构件的格栅式结构的上、下方分别固接有上顶板（9）和下底板（10），所述耗能构件在迎船撞方向的相邻两X型钢板（5）的交界处、最内侧的X型钢板（5）与所述内混凝土面板（7）的交界处以及最外侧的X型钢板（5）与所述传力构件的交界处，均设置有竖向钢板（6），所述横向支撑梁（8）上与耗能构件连接的挂环（11）是直接连接在竖向钢板（6）上。

8.根据权利要求5、6或7所述的带钢-混凝土组合式桥梁防船撞装置的防船撞桥梁，其特征在于：间隔式分设在桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）周围的多个防船撞装置通过浇筑连接接头形成一个包覆桥梁桥墩（15）或桥梁承台（16）的整体式防船撞装置。