CN105887735B - 浮式两级缓冲防撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了浮式两级缓冲防撞系统，属于桥梁防船撞系统技术领域，其包括浮体、连接件和阻尼器，浮体围绕桥墩设置，在浮体上间隔设置阻尼器，阻尼器通过连接件与桥墩相连。本发明的浮式两级缓冲防撞系统，通过围绕桥墩设置浮体，阻尼器分散布置于浮体，船撞浮体后，不仅利用阻尼器缓冲耗能，还可利用浮体结构变形缓冲耗能，通过两级缓冲耗能延长浮体与船舶的作用时间和距离，有利于改变船舶运动方向，大幅减少桥墩所受作用力，不仅能保护桥墩，同时也有利于保护船舶；浮体围绕桥墩设置并留有间距，还便于防撞系统安装与维护。

Description

浮式两级缓冲防撞系统

技术领域

本发明属于桥梁防船撞系统技术领域，具体涉及浮式两级缓冲防撞系统。

背景技术

现有技术中的桥墩防船撞设施，主要有以下两类：第一类是安装在桥墩上的附着式防撞设施，工程应用相对多些，主要利用防撞设施的结构变形来消耗船舶动能，延长撞击作用时间，降低船舶撞击力；第二类是设置在桥墩前的分离式防船撞设施，工程应用相对少些，如独立的防撞墩、人工岛和系泊浮体。

然而，第一类由于附着式防撞设施的厚度有限，材料的变形量更为有限，桥墩仍会受到较大作用力，与船舶直接撞击桥墩相比，设置防撞设施后，桥墩所受的最大撞击力通常能减少30％左右，如果加大防撞设施的厚度，撞击力还会进一步下降，但下降的幅度通常难以超过50％；附着式防撞设施的建筑安装费高，被船撞损后修复困难，不利于保护事故船舶，还会增大桥墩所受的波流作用力。此外，对于已建成的桥墩，加装附着式防撞设施时需在桥墩上固定，还可能影响桥墩的耐久性。

而第二类对于独立防撞墩、人工岛等固定式防船撞设施，不仅其建筑安装费高，而且不利于保护事故船舶；对于系泊浮体，可利用重力锚走锚耗能，虽然有利于保护事故船舶，但因重力锚可能陷入淤泥中无法走锚，难以持续发挥作用。此外，为了能保护桥墩，防撞设施到桥墩的距离受到限制，通常仅有数十米，走锚消能式的系泊浮体难以满足阻挡大型船舶的要求。

一种系泊防船撞系统(专利申请号为2014105761973)由浮体、主锚、主锚索、阻尼单元、等构成，其浮体设置于桥墩前，利用耗能索的拉伸与破断提供阻力和消耗船舶动能，最终阻止船舶向桥位运动，能有效阻挡船舶从大致垂直于桥轴线方向撞击桥墩正面，适用于非通航孔桥墩，但难以防止船舶斜向撞击桥墩侧面，不宜用于通航孔桥墩。此外，在阻挡船舶运动过程中，作用于船舶的阻力均由锚碇设施提供，对锚碇设施的承载能力要求高。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供浮式两级缓冲防撞系统，不仅能大幅度降低船撞力，更好地保护桥墩与事故船舶，而且还有效利用桥墩的承载力、降低防船撞设施的建筑安装费，便于运营期维护。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明的浮式两级缓冲防撞系统，采用如下技术方案：

浮式两级缓冲防撞系统，其包括浮体、连接件和阻尼器，所述的浮体围绕桥墩设置，在浮体上间隔设置阻尼器，所述的阻尼器通过连接件与桥墩相连。

在所述的浮体上至少设置一处锚索链，该锚索链的上端与阻尼器相连，锚索链的下端与锚相连。

在所述的桥墩上设置牵拉物，连接件通过牵拉物与桥墩相连。

在所述的桥墩上设置配合牵拉物上下滑动的滑道，在所述的牵拉物上设置斜向上的拉索，该拉索的另一端系到在浮体上增设的立柱上端。

所述的连接件选自杆件、锚链和绳索；所述的阻尼器在连接件拉力作用下利用耗能材料的变形提供阻力并耗能，阻尼器耗能材料选自耗能索、金属条和金属连接材料；所述的浮体和桥墩之间留有间隙或者填充缓冲材料。

所述的阻尼器耗能材料为耗能索，连接件通过耗能索与浮体上的耗能索安装座相连。

所述的连接件为绳索，所述的阻尼器耗能材料为耗能索时，绳索即为耗能索。

所述的阻尼器耗能材料为金属条，在浮体上安装拉挤孔座，在拉挤孔座上开有孔洞，孔洞尺寸小于金属条的横截面尺寸，金属条穿过拉挤孔座的孔洞后与连接件连接。

所述的阻尼器耗能材料为金属连接材料，连接件与骨架构件相连，骨架构件通过金属连接材料安装于浮体上。

所述的阻尼器耗能材料为金属连接材料，所述的连接件与环状构件相连，环状构件套在骨架构件上，骨架构件通过金属连接材料安装于浮体上，或者骨架构件间通过金属连接材料连接后安装于浮体上。

工作原理：浮体围绕桥墩设置，阻尼器分散安装于浮体，若干根连接件在桥墩周围布置，连接件的一端直接或间接连接到桥墩，另一端连接阻尼器。当船舶撞击浮体时，在推动浮体运动的过程中，被撞侧其余部位的连接件受拉，从而拉动与这些连接件相连接的阻尼器，提供阻力并耗能，称该过程为一级缓冲过程；被船舶推动的浮体与桥墩作用过程中，浮体结构的材料变形将起缓冲耗能作用，称该过程为二级缓冲过程。在浮体与桥墩间留一定间距，船撞浮体后先发挥阻尼器的缓冲耗能作用，在船舶推动浮体接触桥墩后才开始发挥浮体结构的缓冲耗能作用。如果浮体与桥墩间无间距，船撞后阻尼器与浮体结构的缓冲耗能作用将同时发挥。由于阻尼器的阻力大小可以设计，阻尼器的位置与数量根据需要布置，因此在一级缓冲过程中作用于桥墩的合力大小是可以控制的，既能充分发挥桥墩的承载能力，又能将作用于桥墩的合力大小控制在允许范围内。如果在整个阻挡船舶的过程中，作用于桥墩的合力大小可能超过桥墩的允许承载力，可以增设锚碇设施，并由锚碇设施承受部分作用力，从而确保桥墩安全，增大浮体与桥墩的间距，能有效发挥阻尼器的缓冲作用，减少船舶与浮体间的作用力，有利于保护桥墩和事故船舶。

有益效果：与现有技术相比，本发明的浮式两级缓冲防撞系统，通过围绕桥墩设置浮体，阻尼器分散布置于浮体，船撞浮体后，不仅利用阻尼器缓冲耗能，还可利用浮体结构变形缓冲耗能，通过两级缓冲耗能延长船舶与浮体的作用时间和距离，有利于改变船舶运动方向，大幅减少桥墩所受作用力，不仅能保护桥墩，同时也有利于保护船舶；同时，浮式两级缓冲防船撞系统，与桥墩附着式防撞设施设施相比，由于发挥了阻尼器的作用，能大幅减少桥墩所受最大作用力；与普通分离浮式防撞设施相比，能利用桥墩的承载力，能利用浮体的结构变形，降低对锚碇设施的要求，不仅能阻挡船舶撞击桥墩正面，还能阻挡船舶撞击桥墩侧面，而且浮体围绕桥墩设置并留有间距，还便于防撞系统安装与维护。

附图说明

图1是浮式两级缓冲防撞系统平面示意图；

图2是增锚碇后浮式两级缓冲防撞系统的平面示意图；

图3是耗能材料采用耗能索的阻尼器示意图；

图4是耗能材料采用金属条的阻尼器示意图；

图5是耗能材料采用金属连接材料的阻尼器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

浮式两级缓冲防撞系统，包括浮体2、连接件3、阻尼器4、锚5、锚索链6、耗能索安装座8、拉挤孔座10骨架构件11和、环状构件13。连接件3选自杆件、锚链和绳索；阻尼器4耗能材料选自耗能索7、金属条9和金属连接材料12。

如图1所示，浮体2围绕桥墩1设置，阻尼器4分散安装于浮体2，若干根连接件3在桥墩1周围布置，连接件3的一端直接或间接连接到桥墩1，另一端连接阻尼器4。当船舶撞击浮体2时，在推动浮体2运动的过程中，被撞侧其余部位的连接件3受拉，从而拉动与这些连接件3相连接的阻尼器4，提供阻力并耗能，称该过程为一级缓冲过程。在船舶推动浮体2与桥墩1作用过程中，浮体2结构的材料变形将起缓冲耗能作用，称该过程为二级缓冲过程。

浮体2除能阻挡船舶外，还能改变船舶运动方向；将浮体2垂直于桥轴线的两端制作成尖型，当船艏撞击时除阻挡船舶外还能提供作用于船艏的横向分力，有助于改变船舶运动方向，可大幅度减小船舶与浮体2间的作用力，有利于保护桥墩1和船舶。

为了便于浮体2安装，浮体2采用单元拼组式。为了减小可能受到的波浪作用力和水流作用力，不要求浮体2的水线面形成回路，水线面可以是间断的。

在浮体2与桥墩1间留间距，船撞浮体2后先发挥阻尼器4的缓冲耗能作用，在船舶推动浮体2接触桥墩1后才开始发挥浮体2结构的缓冲耗能作用。通常情况下，应尽量增大浮体2与桥墩1间距，从而增大耗能距离，降低船舶与浮体2间的作用力，降低桥墩1所受的作用力，更好地保护桥墩1和船舶。此外，浮体2与桥墩1间的间距大，有助于延长浮体2与船舶的相互作用时间，能增大船舶所受的冲量，有利于改变船舶运动方向，便于船舶避开桥墩1。如果浮体2与桥墩1间无间距，船撞后阻尼器4与浮体2结构的缓冲耗能作用将同时发挥。

浮体2靠近桥墩1内侧与桥墩1可能作用的部位采用弹性模量相对低的材料，如缓冲材料，其余部位采用弹性模量相对高的材料，如钢材；从而既能使浮体2具有一定的刚度，便于传递作用力，又能避免桥墩1与浮体2作用时出现过大的局部作用力。

如图2所示，为了进一步降低桥墩1所受的作用力，在垂直于桥轴线的两侧投锚5，锚索链6的下端系有锚，上端与浮体2上的阻尼器4连接。在船舶推动浮体2运动时，锚索链6的张力将拉动阻尼器4，也能提供阻力和耗能。

连接件3可以采用杆件，或者锚链，或者绳索；为了便于在桥墩1周围布置连接件3，对于已建桥梁，可以围绕桥墩1设置牵拉物，连接件3的一端连接牵拉物并通过牵拉物作用到桥墩1；为了适应水位变化，可在桥墩1上设置滑道，一方面保护桥墩1，另一方面便于牵拉物沿桥墩1上下滑动；如果牵拉物重、仅依靠连接件3带动牵拉物上下滑动困难时，可以设置若干根斜向上的拉索，拉索的下端系于牵拉物，上端系到在浮体2上增设的立柱上端。对于新建桥梁，除上述连接件安装方式外，还可以在桥墩1周围设置预埋件用于安装连接件3。

阻尼器4的耗能材料为耗能索7时，耗能索7可采用伸长率大的合成材料，连接件3通过耗能索7作用到浮体2上的耗能索安装座8。

如图3所示，连接件3采用锚链，阻尼器4的耗能材料为耗能索7，耗能索7的一端系于用作连接件3的锚链，另一端系于浮体2上的耗能索安装座8，一根连接件3上系有若干根耗能索7，船撞浮体2后被撞侧其余部位的连接件3受拉，耗能索7依次被拉伸破断，提供阻力和耗能。为了便于安装和更换，可将耗能索7穿过连接件3的环后两端均系于耗能索安装座8。作为连接件3的绳索可以兼为耗能索7。

如图4所示，阻尼器4的耗能材料为金属条9，拉挤孔座10安装于浮体2，拉挤孔座10开有孔洞，孔洞尺寸略小于金属条9的横截面尺寸，为了金属条9能穿过拉挤孔座10的孔洞，先缩小金属条9的一端，在金属条9穿过拉挤孔座10的孔洞后与连接件3连接，船撞浮体2后被撞侧其余部位的连接件3受拉，将拉动金属条9，金属条9通过孔洞时受到挤压，从而提供阻尼力和耗能。单根连接件3可以连接若干根金属条9。

如图5(a)所示，阻尼器的耗能材料采用金属连接材料12时，连接件3与骨架构件11相连，骨架构件11通过金属连接材料12安装于浮体2。拉动连接件3时，连接件3的拉力先作用到骨架构件11，再通过骨架构件11作用到金属连接材料12，通过骨架构件11的弯曲和金属连接材料12的变形与破坏耗能。单根连接件3上可以连接若干个骨架构件11。

如图5(b)所示，阻尼器的耗能材料为金属连接材料12，连接件3与环状构件13相连，环状构件13套在骨架构件11上，骨架构件11通过金属连接材料12安装于浮体2上。拉动连接件3时，连接件3的拉力先作用到环状构件13，再由环状构件13作用到金属连接材料12，通过金属连接材料12的变形与破坏耗能。单根连接件3可以连接若干个环状构件13，作用到若干处金属连接材料12。

如图5(c)所示，阻尼器的耗能材料为金属连接材料12，连接件3与环状构件13相连，环状构件13套在骨架构件11上，骨架构件11间通过金属连接材料12连接后安装于浮体2上。拉动连接件3时，连接件3的拉力先作用到环状构件13，再由环状构件13作用到金属连接材料12，通过金属连接材料12的变形与破坏耗能。单根连接件3可以连接若干个环状构件13，作用到若干处金属连接材料12上。

金属连接材料12连接骨架构件11与浮体2，或连接骨架构件11与骨架构件11；金属连接材料12可以为焊缝，或者螺栓，或者铆钉，或者焊缝与板条，或者焊缝与型材。

不同种类的阻尼器4可以同时使用，也可仅使用其中一种。阻尼器4的特点是在连接件3拉力作用下利用耗能材料的变形提供阻力并耗能。

Claims (8)

1.浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：其包括浮体(2)、连接件(3)和阻尼器(4)，所述的浮体(2)围绕桥墩(1)设置，在浮体(2)上间隔设置阻尼器(4)，所述的阻尼器(4)通过连接件(3)与桥墩(1)相连；在所述的浮体(2)上至少设置一处锚索链(6)，该锚索链(6)的上端与阻尼器(4)相连，锚索链(6)的下端与锚(5)相连；在所述的桥墩(1)上设置牵拉物，连接件(3)通过牵拉物与桥墩(1)相连。

2.根据权利要求1所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：在所述的桥墩(1)上设置配合牵拉物上下滑动的滑道，在所述的牵拉物上设置斜向上的拉索，该拉索的另一端系到在浮体(2)上增设的立柱上端。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的连接件(3)选自杆件、锚链和绳索；所述的阻尼器(4)耗能材料选自耗能索(7)、金属条(9)和金属连接材料(12)；所述的浮体(2)和桥墩(1)之间留有间隙或者填充缓冲材料。

4.根据权利要求3所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的阻尼器(4)耗能材料为耗能索(7)，连接件(3)通过耗能索(7)与浮体(2)上的耗能索安装座(8)相连。

5.根据权利要求3所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的连接件(3)为绳索，所述的阻尼器(4)耗能材料为耗能索(7)时，绳索即为耗能索(7)。

6.根据权利要求3所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的阻尼器(4)耗能材料为金属条(9)，在浮体(2)上安装拉挤孔座(10)，在拉挤孔座(10)上开有孔洞，孔洞尺寸小于金属条(9)的横截面尺寸，金属条(9)穿过拉挤孔座(10)的孔洞后与连接件(3)连接。

7.根据权利要求3所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的阻尼器(4)耗能材料为金属连接材料(12)，连接件(3)与骨架构件(11)相连，骨架构件(11)通过金属连接材料(12)安装于浮体(2)上。

8.根据权利要求3所述的浮式两级缓冲防撞系统，其特征在于：所述的阻尼器(4)耗能材料为金属连接材料(12)，所述的连接件(3)与环状构件(13)相连，环状构件(13)套在骨架构件(11)上，骨架构件(11)通过金属连接材料(12)安装于浮体(2)，或者骨架构件(11)间通过金属连接材料(12)连接后再安装于浮体(2)上。