CN108004912A - 用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，涉及桥梁工程及建筑结构技术领域；通过刚性防护结构填充柔性组合结构来达到抗爆炸冲击作用的效果；其刚性结构设计为在核心结构柱外加一由外置和内置弧面板组合拼接形成的弧形中空结构，弧形中空结构内填充由几个相同小管径外切大管径钢管形成的组合钢管、内填充泡沫铝的复合钢管和抗挤压密实小钢管，在组合钢管、复合钢管和挤压密实小钢管外空隙处在填满填充砂；本发明可有效保护核心结构柱，起到抗爆抗冲击的作用，应用于有抗爆设防要求的桥梁墩柱和重要建筑类似结构柱上。

Description

用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置

技术领域

本发明涉及桥梁工程及建筑结构技术领域，具体为用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置。

背景技术

在桥梁结构上，墩柱作为承载的主要构件，一旦发生破坏，失去承载能力，会导致结构局部构件损坏甚至整体结构垮塌；当代我国民用化工易燃易爆物品运输和社会不安定因素及恐怖分子蓄意破坏等情况均会造成桥梁破坏，故又针对爆炸事故发生时间和空间的不确定性，对一些有战略意义、防护要求的交通要塞上桥梁墩柱安装主动防爆防冲击装置是非常必要的。

申请号CN 106702889 A公开了一种抗爆抗冲击的桥梁墩柱截面，该方案从结构层面优化了墩柱结构，整体抗爆抗冲击能力很强，不适用于既有墩柱的防爆加固；申请号CN103088927 A公开了一种利用钢-混凝土组合结构抗爆炸毁伤的方法，该方案利用不同厚度的钢板和混凝土组合成防护结构来抵抗爆炸冲击荷载，为刚性抗爆抗冲击设计方法，缺乏柔性设计因素，钢-混凝土截面太厚造成施工困难，且不适合于既有墩柱上外加防爆结构。因此需考虑设计一种外加防爆防冲击结构，能工厂装配化制作，重量合理，防护效果突出且要安装方便，并在局部破坏可装配式更换维修。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供了一种用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，该装置既能保证柱的整体结构强度，抵抗爆炸冲击破坏，又能有效的消耗吸收冲击波能量，同时可以满足新建抗爆抗冲击墩柱和在原有墩柱的基础上增设防爆结构的双重要求，并可实现装配化工厂预制，局部损坏能装配式更换维修等功能。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，包括多个弧形中空结构，所述的弧形中空结构包括外置弧面板、内置弧面板、侧封闭连接板，底封闭板，所述的外置弧面板和内置弧面板通过侧封闭连接板垂直连接，底封闭板上设置有膨胀螺栓，其中膨胀螺栓绕底封闭板外围均匀环绕布置，所述的侧封闭连接板中部设置有向内半椭圆形凹口，凸形棒设置在拼接后的凹口内，所述的侧封闭连接板在外部垂直均匀设有高强螺栓孔，所述的多个弧形中空结构首尾通过设置在高强螺栓孔内的高强螺栓固定和凸形棒纵向连接形成环形。

所述的弧形中空结构的中空部分由多个组合钢管、多个复合钢管和多个抗挤压密实小钢管交替填充组成，所述的组合钢管由钢管填充多个小直径钢管组成，复合钢管由钢管填充泡沫铝组成；所述的弧形中空结构的中空部分中用填充砂填充组合钢管、复合钢管和抗挤压密实小钢管以外的空隙部分。

进一步的，在所述的弧形中空结构外侧设置有保护层，所述的保护层与底封闭板外边缘平齐。

更进一步的，所述的保护层采用C20-C30混凝土浇铸而成。

进一步的，所述的外置弧面板、内置弧面板和侧封闭连接板均采用壁厚大于3mm的热轧Q345R钢材，所述的底封闭板采用壁厚大于10mm的热轧Q345R钢材。

进一步的，所述的四个弧形中空结构首尾通过设置在高强螺栓孔内的高强螺栓固定和凸形棒纵向连接形成环形。

进一步的，所述钢管的外径是小直径钢管的内径的2.5倍，所述的抗挤压密实小钢管的内径与小直径钢管的内径相同，所述内置弧面板的外径是钢管的外径的4倍，所述外置弧面板的内径是内置弧面板外径的1.5倍。

进一步的，所述的小直径钢管的数量≥3个。

进一步的，可以用多孔高分子材料替代泡沫铝，所述的多孔高分子材料优选硬质多孔聚氨酯。

进一步的，所述的泡沫铝采用屈服强度51-53Mpa的纯铝制成、泡孔大小为2-3mm、相对密度为0.4-0.5、孔隙率为68%-78%。

进一步的所述的填充砂采用中砂：粒径为0.25-0.5mm的砂石，细度模数在2.3-2.8之间。

本发明与现有技术相比具有如下列有益效果。

1）本发明采用中空刚性结构结合内部柔性耗能结构，通过内外弧面板组成的中空结构进行刚性防护，可有效抵挡极大部分冲击波和飞片，同时通过利用中空结构中填充的组合钢管、复合钢管和抗挤压密实小钢管的移位变形来吸收外置弧形板大变形后的冲击能量，填充砂能柔性固定组合钢管、复合钢管和抗挤压密实小钢管，阻止其移动错位，而中空结构进行空隙满填充砂以后，可利用砂的相互摩擦吸收大量冲击波。

2）本发明采用的组合钢管由大直径钢管内切3个及3个以上小直径钢管组成，在遭受爆炸冲击波时，大直径钢管将冲击波传递分散到内切的几个小直径钢管中，在通过小直径钢管破坏大变形后吸收能量，这样层层传递最终达到将冲击波消耗吸收的目的；复合钢管是由钢管内填充泡沫铝形成，也可填充硬质多孔聚氨酯或其他轻质多孔高分子材料，其目的是利用泡沫铝高阻尼减振性能及冲击能量吸收率好的优点，在冲击波压迫复合钢管变形后能有效吸收掉残余冲击能量；本发明采用的凸形钢棒类似于一个锲条可使两个中空结构紧密结合，同时可以抵抗两个弧形中空结构连接处冲击波的侵入。

3）本发明在核心结构柱和外加防爆结构中间空隙处现浇泡沫混凝土，该材料多孔使其对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用，同时泡沫混凝土属于无机材料，且具有大量封闭的细小空隙，可以起到很好的耐火隔热性能；通过泡沫混凝土层可以将核心柱和外抗爆抗冲击结构层分隔开，在遭受爆炸冲击波后，可以同外抗爆抗冲击结构一同有效保护核心结构柱不受冲击波影响，并在不影响结构核心柱功能的情况下及时更换抗爆结构层损毁部位。所以本发明适用于在已有设计柱体上增设外防爆结构，也适用于新建柱体的截面设计；本发明的外防爆防冲击结构可由多个弧形中空结构组合拼接而成，适合工厂预制，批量加工生产，现场进行安装。

4）本发明在的最外层现浇一层混凝土保护层，可以有效防止外钢管的锈蚀，同时让本设计墩柱同一般RC墩柱外观无异，具有很好的隐蔽性能。

附图说明

图1为本发明圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置的立体结构示意图。

图2为本发明圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置的水平截面示意图。

图3为本发明圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置的水平截面局部示意图。

图4为本发明所述的弧形中空结构示意图。

图5为组合钢管结构示意图。

图6为复合钢管结构示意图。

其中，1为保护层、2为外置弧面板、3为填充砂、4为组合钢管、5为侧封闭连接板、6为复合钢管、7为抗挤压密实小钢管、8为内置弧面板、9为泡沫混凝土隔离层、10为核心结构柱、11为底封闭板、41为钢管、42为小直径钢管、51为凸形棒、52为高强螺栓孔、53为螺栓、62为泡沫铝。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1-6所示，用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，包括四个弧形中空结构，弧形中空结构包括外置弧面板2、内置弧面板8、侧封闭连接板5，底封闭板11，其中，外置弧面板2和内置弧面板8通过侧封闭连接板5垂直连接，底封闭板11上设置有螺栓53，其中螺栓53绕底封闭板11外围均匀环绕布置，螺栓53将底封闭板11与地面固定，侧封闭连接板5中部设置有向内半椭圆形凹口，在两个弧形中空结构拼接时，两个半椭圆形凹口对接，此时由提前预制好的凸形棒51插入；凸形棒51设置在拼接后的凹口内，侧封闭连接板5在外部垂直均匀设有高强螺栓孔52，四个弧形中空结构首尾通过设置在高强螺栓孔52内的高强螺栓固定和凸形棒51纵向连接形成环形。

弧形中空结构的中空部分由一个组合钢管4、两个复合钢管6和两个抗挤压密实小钢管7交替填充组成，组合钢管4由钢管41填充三个小直径钢管42组成，复合钢管6由钢管41填充泡沫铝62组成；弧形中空结构的中空部分中用填充砂3填充组合钢管4、复合钢管6和抗挤压密实小钢管7以外的空隙部分。

经过填充的四个弧形中空结构环绕包裹结构柱形成一种柱的外防爆防冲击结构。

防爆防冲击结构外侧浇铸一层混凝土形成保护层1，保护层厚40mm，与弧形中空结构底封闭板11外边缘平齐。所述的混凝土外保护层1采用C25混凝土，要求抗渗耐久性好。

所述的外置弧面板2的外径为Ф1.6m，其中核心结构柱10外径为Ф0.97m，在核心结构柱10到内置弧面板8之间有40mm厚的泡沫混凝土，作为隔离减振层。

所述的小直径钢管42为内径Ф100mm厚5mm的Q345R钢材，抗挤压密实小钢管7为内径Ф100mm厚9mm的Q345R钢材，钢管41外径为小直径钢管42或抗挤压密实小钢管7内径的2.5倍，采用Ф250mm厚5mm的Q345R钢材。

内置弧面板8的外径是钢管41的外径的4倍，采用Ф1m厚10mm的热轧Q345R钢材，外置弧面板2的内径是内置弧面板8外径的1.5倍，采用Ф1.5m厚10mm的热轧Q345R钢材。

侧封闭连接板5采用3mm厚的热轧Q345R钢材；底封闭板11采用10mm厚的热轧Q345R钢材。

泡沫铝62采用屈服强度51Mpa的纯铝制成、泡孔大小为1mm、相对密度为0.6、孔隙率为70%，将成形的泡沫铝进一步加工为Ф244mm的圆柱体，然后压入复合钢管6中。

填充砂3采用中砂：粒径为0.25-0.5mm的砂石，细度模数在2.3-2.8之间。

本发明中的圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置包裹在核心结构柱10外，圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置和核心结构柱10之间空隙浇筑泡沫混凝土隔离层9，泡沫混凝土隔离层9的密度等级在1000-1200 kg/m³之内，抗压强度在18Mpa-20Mpa之间，导热系数在0.2-0.3w/(m•K)之间。

所述的圆形墩柱弧形中空结构在工厂的加工制作按以下步骤操作：先将外置弧面板2和内置弧面板8通过侧封闭连接板5焊接在一起，然后垂直放置在底封闭板上11上并焊接，将填充好泡沫铝62的复合钢管6和填充三个小直径钢管42的组合钢管4间隔放入中空结构指定位置，然后加入抗挤压密实小钢管7，使其与组合钢管4、复合钢管6和外置弧面板2分别相切；其中放置两个组合钢管4、一个复合钢管6和两个抗挤压密实小钢管7的弧形中空结构和放置两个复合钢管6、一个组合钢管4和两个抗挤压密实小钢管7的弧形中空结构各做两个，在组合拼接的时候间隔安放。

所述的圆形墩柱抗爆抗冲击防护装置在工厂加工制作完成后，将其运送现场后垂直吊装至核心柱体10处，将四个弧形中空结构环绕拼接，并将柱底密封钢板的柱脚螺栓53全部固定到位，同时保证相邻接触的两块内外弧面板的侧封闭连接钢板5中部凹形口对接，然后将内部填充凸形棒51垂直插入，并将相邻接触的两块内外弧面板的侧封闭连接板5突出外置弧面板处用高强螺栓52固定连接，最后将填充砂3运往现场由上自下填满中空结构除组合钢管4、复合钢管6及抗挤压密实小钢管7以外的空隙部分；特别的，内置弧面板8环绕拼接完成后的圆管设计直径依然会比核心结构柱10的直径微大，内置弧面板8环绕拼接完成后的圆管在最后可以作为模板现浇泡沫混凝土隔离层9。

本发明抗爆抗冲击圆形墩柱的外加结构既适用于桥梁也适用于重要建筑类似结构柱上，其中圆形墩柱高度随主体结构而定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，包括多个弧形中空结构，所述的弧形中空结构包括外置弧面板（2）、内置弧面板（8）、侧封闭连接板（5），底封闭板（11），所述的外置弧面板（2）和内置弧面板（8）通过侧封闭连接板（5）垂直连接，底封闭板（11）上设置有螺栓（53），其中螺栓（53）绕底封闭板（11）外围均匀环绕布置，所述的侧封闭连接板（5）中部设置有向内半椭圆形凹口，凸形棒（51）设置在拼接后的凹口内，所述的侧封闭连接板（5）在外部垂直均匀设有高强螺栓孔（52），所述的多个弧形中空结构首尾通过设置在高强螺栓孔（52）内的高强螺栓固定和凸形棒（51）纵向连接形成环形；

所述的弧形中空结构的中空部分由多个组合钢管（4）、多个复合钢管（6）和多个抗挤压密实小钢管（7）交替填充组成，所述的组合钢管（4）由钢管（41）填充多个小直径钢管（42）组成，复合钢管（6）由钢管（41）填充泡沫铝（62）组成；所述的弧形中空结构的中空部分中用填充砂（3）填充组合钢管（4）、复合钢管（6）和抗挤压密实小钢管（7）以外的空隙部分。

2.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，在所述的弧形中空结构外侧设置有保护层（1），所述的保护层（1）与底封闭板（11）外边缘平齐。

3.根据权利要求2所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的保护层（1）采用C20-C30混凝土浇铸而成。

4.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的外置弧面板（2）、内置弧面板（8）和侧封闭连接板（5）均采用壁厚大于3mm的热轧Q345R钢材，底封闭板（11）采用壁厚大于10mm的热轧Q345R钢材。

5.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的四个弧形中空结构首尾通过设置在高强螺栓孔（52）内的高强螺栓固定和凸形棒（51）纵向连接形成环形。

6.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述钢管（41）的外径是小直径钢管（42）的内径的2.5倍，所述的抗挤压密实小钢管（7）的内径与小直径钢管（42）的内径相同，所述内置弧面板（8）的外径是钢管（41）的外径的4倍，所述外置弧面板（2）的内径是内置弧面板（8）外径的1.5倍。

7.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的小直径钢管（42）的数量≥3个。

8.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，可以用多孔高分子材料替代泡沫铝（62），所述的多孔高分子材料优选硬质多孔聚氨酯。

9.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的泡沫铝（62）采用屈服强度51-53Mpa的纯铝制成、泡孔大小为2-3mm、相对密度为0.4-0.5、孔隙率为68%-78%。

10.根据权利要求1所述的用于圆形墩柱抗爆抗冲击的防护装置，其特征在于，所述的填充砂（3）采用中砂：粒径为0.25-0.5mm的砂石，细度模数在2.3-2.8之间。