CN104452672B - 自适应固定式高架拦阻船舶设施 - Google Patents

Abstract

一种自适应固定式高架拦阻船舶设施，由若干个拦阻设施单元排列组成，每个拦阻设施单元由端部支撑架、辅助支撑、拦阻网、端部连接机构、跨中连接装置、重力锚、系锚索等构成。通过悬挂重力锚、设置可自动分离的端部连接机构和跨中连接装置，一方面使高分子材质的上拦阻索能自动适应温度变化等引起的索长变化，更加方便安装和恢复；另一方面，在小型失控船舶撞击后，由拦阻网的弹性变形和悬挂重力锚的提升来消耗船舶动能，在小船移开后悬挂重力锚带动上拦阻索复位，从而具有了抗小船干扰能力，大型失控船舶撞击后，端部可自动分离的连接机构和跨中可分离的连接装置均分离，释放拦阻网，通过拦阻网带动重力锚走锚消能，最终拦阻失控船舶。

Description

自适应固定式高架拦阻船舶设施

技术领域

本发明涉及一种桥梁非通航孔拦阻船舶设施，尤其是一种固定式拦阻船舶设施。

背景技术

大型桥梁的非通航孔通拦阻船舶设施主要有三类：系泊浮式、固定式和混合式，其中固定式的工程造价较低。

实用新型专利ZL2011202937896公开了一种固定式高架走锚消能式拦阻船舶系统，利用固定式支撑架支撑拦阻网，使拦阻网的高度高于船艏，在拦阻网的两端系有重力锚，船撞后将通过拦阻网带动重力锚走锚，在走锚的过程中消耗船舶动能，直至最终拦阻船舶。当拦阻网的上拦阻索采用高分子索体时，由于温度变化等因素引起的变形量大，上拦阻索矢高的变化更大，需提高拦阻网的初始高度，才能适应温差变化。由于钢质索体的温度变形相对小些，便于控制拦阻网的高度。但钢质索体重，上拦阻索的张力大，一方面对支撑架承载力要求高，另一方面安装要求相对高。此外，由于小型船舶的数量多，特别是200吨级及以下的船舶，操纵性能差，常常不按规则航行，易撞到拦阻网，如果在小船撞后未能及时恢复，拦阻设施将无法拦阻大型船舶。

发明内容

由于大型船舶撞桥为小概率事件，而200吨级及以下的小型船舶操纵性能差、又不易管理，常常不按规则航行，易撞到拦阻设施，因此要求拦阻设施具有抗小船干扰能力和易安装、船撞后易恢复的特性，本发明提供这样一种自适应固定式高架拦阻船舶设施。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：拦阻设施由若干个拦阻设施单元排列组成，每个拦阻设施单元由端部支撑架、辅助支撑、拦阻网、端部连接机构、跨中连接装置、重力锚、系锚索等构成。辅助支撑设置于拦阻设施单元的跨中，与端部支撑架共同支撑拦阻网达到设计高度，如果拦阻设施单元长，辅助支撑的数量多，如果拦阻设施单元短，可以减少辅助支撑的数量，甚至不设辅助支撑。拦阻网的两端与端部支撑架间由端部连接机构连接。跨中连接装置设在辅助支撑的顶部，主要承受跨中拦阻网的重力和风、流等引起的垂直于拦阻网的水平力。

拦阻网由上拦阻索、若干根中拦阻索、下拦阻索和数量众多的连接索通过绳结方式组成，上拦阻索高于船艏，通常为拦阻网中承载能力最大的索体，在其两端系有重力锚。下拦阻索工作于水面附近。中拦阻索的数量根据水位变化的幅度确定，通常需1至2根。拦阻网主要采用高分子索体制作，具有自重轻、便于安装的特性。由于温度变化等因素引起的高分子索体长度的变形大，引起上拦阻索矢高的变化更大，为消除这一不利影响，系于上拦阻索两端的重力锚中至少有1只重力锚处于悬挂状态，并通过系锚索将所悬挂重力锚的重力作用到上拦阻索上，使上拦阻索的张力近似恒定。由悬链线方程可知，如果上拦阻索松驰，跨中矢高增大，上拦阻索跨中部位的张力将减小，由于受到所悬挂重力锚的重力作用，悬挂重力锚的高度将下降，收紧跨中上拦阻索，跨中矢高减小，直至索张力与所悬挂重力锚重力等外力重新平衡；如果上拦阻索收缩，跨中矢高变小，将引起上拦阻索张力增大，从而提起所悬挂的重力锚，跨中矢高增大，直至索张力与所悬挂重力锚重力等外力重新平衡。

端部连接机构由端部安装座、连接环、端部限位销和触发索等构件组成。端部安装座系在或者安装在端部支撑架的上部，允许端部安装座与端部支撑架间有相对转动。连接环穿过端部安装座的安装孔后，一端由端部限位销固定，另一端套在悬挂重力锚的系锚索上。触发索的一端系在限位销上，另一端系在上拦阻索上，并根据计算留有自由长度。如果小型失控船舶撞击拦阻网，拦阻网的弹性变形将消耗部分船舶动能，所悬挂的重力锚被提升也消耗部分船舶动能，但不会拉出端部限位销。在小型失控船舶移开后，被提升的重力锚在重力作用下带动上拦阻索自动复位。如果大型失控船舶撞击拦阻网，拦阻网的弹性变形和被悬挂重力锚的提升虽也消耗部分动能，但由于大型失控船舶的动能大，带动拦阻网的运动幅度大，将通过触发索拉出端部限位销，导致连接环与端部安装座分离，从而释放拦阻网，使拦阻网能牵引重力锚走锚消能，最终拦阻大型失控船舶。

为了便于安装拦阻网、悬挂重力锚和防止端部限位销滑脱，在端部限位销上钻小孔，选择耐海水腐蚀的不锈钢丝利用该小孔将端部限位销系在端部安装座上，如选用直径3mm左右的316L不锈钢丝。

连接环可以采用刚性材料或柔性材料制作，也可以为柔性材料环与刚性材料环的组合环。为防止连接环卡在端部安装座的安装孔中出不来，穿过端部安装座的安装孔的部分宜采用柔性材料，可保证在端部限位销拉出后，连接环不会卡在端部安装座的安装孔中。

跨中连接装置，由固定在辅助支撑上的跨中安装座和竖向安装的辅助支撑限位销等构成。上拦阻索放置在跨中连接装置上，或者通过索环悬挂辅助支撑限位销上。上拦阻索可沿拦阻网长度方向滑动，并可相对于跨中连接装置向上方运动，但垂直于拦阻网平面的横向运动受到辅助支撑限位销的限制。在大型船舶撞击后，辅助支撑限位销受到的水平力将增大，引起弯曲应力并导致辅助支撑限位销破断，使上拦阻索与辅助支撑分离。

为拦阻大型失控船舶，拦阻网的两端可能需系多个重力锚。考虑到高分子索体蠕变特性，应尽量降低上拦阻索的张力，仅悬挂部分重力锚，但至少有1只重力锚，使拦阻网的矢高满足设计要求，还有部分重力锚放置在支撑架的承台上，并通过系锚索系到上拦阻索上，在大型船舶撞击前该系锚索是松驰的，在大型船舶撞击后，将通过该系锚索牵引放置在承台上的重力锚落水后走锚。

本发明的有益效果是：通过悬挂重力锚、设置可自动分离的端部连接机构和跨中连接装置，一方面使高分子材质的上拦阻索能自动适应温度变化等引起的索长变化，便于保持跨中拦阻网的高度，更加方便安装和船撞后的恢复；另一方面，在小型失控船舶撞击后，由拦阻网的弹性变形和悬挂重力锚的提升来消耗船舶动能，在小船移开后被提升的悬挂重力锚将带动上拦阻索复位，从而拦阻设施具有了抗小船干扰能力，大型失控船舶撞击后，端部连接机构和跨中连接装置均分离，释放拦阻网，通过拦阻网带动重力锚走锚消能，最终拦阻失控船舶。

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是本发明设置辅助支撑时的立面图。

图2是本发明的端部可自动分离的连接机构的示意图。

图3是本发明的跨中可分离的连接装置示意图。

图中：1.端部支撑架， 2.辅助支撑，3.拦阻网，4. 端部连接机构， 5. 跨中连接装置，6.重力锚，7.系锚索，8.上拦阻索，9.中拦阻索，10.下拦阻索，11.连接索，12.端部安装座，13.连接环，14.端部限位销，15.触发索，16.跨中安装座，17.辅助支撑限位销。

具体实施方式

图1中，拦阻设施单元由端部支撑架1、辅助支撑2、拦阻网3、端部连接机构4、跨中连接装置5、重力锚6等构成。端部支撑架1位于拦阻设施单元的两端，通常由桩基、承台和上部刚构组成。辅助支撑2设置于拦阻设施单元的跨中，与端部支撑架1共同支撑拦阻网3达到设计高度，如果拦阻设施单元长，辅助支撑2的数量多，如果拦阻设施单元短，可以减少辅助支撑2的数量，甚至不设辅助支撑2。拦阻网3的两端与端部支撑架1间由端部接机构4连接。跨中连接装置5设在辅助支撑2的顶部，主要承受跨中拦阻网3的重力和风、流等引起的垂直于拦阻网3的水平力。

图1中，拦阻网3由上拦阻索8、若干根中拦阻索9、下拦阻索10和数量较多的连接索11通过绳结方式组成，上拦阻索8高于船艏，通常为拦阻网3中承载能力最大的索体，在其两端系有重力锚6。下拦阻索10工作于水面附近。中拦阻索9的数量根据水位变化的幅度确定，通常需1至2根。拦阻网3主要采用高分子索体制作，具有自重轻、便于安装的特性。由于温度变化等因素引起的高分子索体长度的变形大，将引起上拦阻索8矢高的变化更大，为消除这一不利影响，在上拦阻索8的两端至少悬挂1只重力锚，并通过系锚索将所悬挂重力锚的重力作用到上拦阻索，使上拦阻索8的张力近似恒定。由悬链线方程可知，如果上拦阻索8松驰，跨中矢高增大，上拦阻索8跨中部位的张力将减小，由于受到所悬挂重力锚6的重力作用，悬挂重力锚6的高度将下降，收紧跨中上拦阻索8，跨中矢高减小，直至索张力与所悬挂重力锚6重力等外力重新平衡；如果上拦阻索8收缩，跨中矢高变小，将引起上拦阻索8张力增大，从而提起所悬挂的重力锚6，跨中矢高增大，直至索张力与所悬挂重力锚6重力等外力重新平衡。

图2中，端部连接机构4由带有安装孔的端部安装座12、连接环13、端部限位销14和触发索15等构件组成。端部安装座12系在或者安装在端部支撑架1的上部，允许端部安装座12与端部支撑架1间有相对转动。连接环13穿过端部安装座12的安装孔后，一端由端部限位销14固定，另一端套在悬挂重力锚6的系锚索7上。触发索15的一端系在端部限位销13上，另一端系在上拦阻索8上，并根据计算留有自由长度。如果小型失控船舶撞击拦阻网3，拦阻网3的弹性变形将消耗部分船舶动能，所悬挂的重力锚6被提升也消耗部分船舶动能，但不会拉出端部限位销14。在小型失控船舶移开后，被提升的重力锚6在重力作用下带动上拦阻索8自动复位。如果大型失控船舶撞击拦阻网3，拦阻网3的弹性变形和悬挂重力锚6的提升虽也消耗部分动能，但由于大型失控船舶的动能大，带动拦阻网3的运动幅度大，将通过触发索15拉出端部限位销14，导致连接环13与端部安装座12分离，从而释放拦阻网3，使拦阻网3能牵引重力锚6走锚消能，最终拦阻大型失控船舶。

图2中，为了便于安装拦阻网3、悬挂重力锚6和防止端部限位销14滑脱，在端部限位销14上钻小孔，选择耐海水腐蚀的不锈钢丝穿过该小孔将端部限位销14固定在端部安装座12上，如选用直径3mm左右的316L不锈钢丝。

图2中，连接环13可以采用刚性材料或柔性材料制作，也可以为柔性材料环与刚性材料环的组合体。为防止连接环13卡在端部安装座12的安装孔中出不来，需穿过端部安装座12安装孔的连接环13部分宜采用柔性材料，可保证在端部限位销14拉出后，连接环13能被从端部安装座12的安装孔中拉出。

图3中，跨中连接装置5由固定在辅助支撑2顶部的跨中安装座16和辅助支撑限位销17等构成；跨中安装座（16）上有安装辅助支撑限位销（17）的孔和供辅助支撑限位销（17）滑出的槽。上拦阻索8放置在跨中连接装置5上，或者通过索环悬挂辅助支撑限位销17上。上拦阻索8沿拦阻网3长度方向可以滑动，并可相对于跨中连接装置5向上方运动，但垂直于拦阻网3平面的运动受到限制。在大型船舶撞击后，辅助支撑限位销17的受到的水平力将增大，引起弯曲应力增大并导致辅助支撑限位销17破断，使上拦阻索8与辅助支撑2分离。

Claims (2)

1.一种自适应固定式高架拦阻船舶设施，其特征是：由若干个拦阻设施单元排列组成，每个拦阻设施单元由端部支撑架（1）、辅助支撑（2）、拦阻网（3）、端部连接机构（4）、跨中连接装置（5）、重力锚（6）和系锚索（7）构成；若干根辅助支撑（2）设置于拦阻单元的跨中，与端部支撑架（1）共同支撑拦阻网（3）；拦阻网（3）主要采用高分子索体制作，由上拦阻索（8）、若干根中拦阻索（9）、下拦阻索（10）和众多的连接索（11）通过绳结方式构成，上拦阻索（8）高于船艏；拦阻网（3）的两端与端部支撑架（1）间由端部连接机构（4）连接，跨中连接装置（5）设在辅助支撑（2）的顶部；在上拦阻索（8）的两端系有重力锚（6），并且至少有1只重力锚（6）处于悬挂状态，所悬挂重力锚（6）的重力通过系锚索（7）作用到上拦阻索（8）；端部连接机构（4）由端部安装座（12）、连接环（13）、端部限位销（14）和触发索（15）构件组成；端部安装座（12）安装在端部支撑架（1）的上部，允许端部安装座（12）与端部支撑架（1）间有相对转动；连接环（13）穿过端部安装座（12）的安装孔后，连接环（13）的一端由端部限位销（14）固定，另一端套在悬挂重力锚（6）的系锚索（7）上；触发索（15）的一端系在端部限位销（14）上，另一端系在上拦阻索（8）上，并留有自由长度；小型失控船舶撞击拦阻网（3）后，由拦阻网（3）的弹性变形和悬挂重力锚（6）的提升来消耗船舶动能，但触发索（15）不会拉出端部限位销（14），在小型失控船舶移开后，被提升的重力锚（6）在重力作用下带动上拦阻索（8）自动复位；大型失控船舶撞击拦阻网（3）后，将通过触发索（15）拉出端部限位销（14），导致连接环（13）与端部安装座（12）分离，从而释放拦阻网（3），使拦阻网（3）能牵引重力锚（6）走锚消能，最终拦阻大型失控船舶。

2.根据权利要求1所述的自适应固定式高架拦阻船舶设施，其特征是：跨中连接装置（5），由固定在辅助支撑（2）顶部的跨中安装座（16）和辅助支撑限位销（17）构成，跨中安装座（16）上有安装辅助支撑限位销（17）的孔和供辅助支撑限位销（17）滑出的槽；上拦阻索（8）放置在跨中连接装置（5）上，上拦阻索（8）沿拦阻网（3）长度方向可以滑动，相对于跨中连接装置（5）可以向上方运动，但垂直于拦阻网（3）平面的运动受到辅助支撑限位销（17）的限制，在大型船舶撞击后，辅助支撑限位销（17）受到的水平力将增大，从而弯曲应力增大并导致辅助支撑限位销（17）破断，使上拦阻索（8）与辅助支撑（2）分离。