CN108442325A - 散粒填充型薄壁软体防船撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了散粒填充型薄壁软体防船撞装置，包括若干个普通段，所述普通段之间通过连接段固定连接，所述普通段包括第一软体腔和第一保护罩，第一软体腔的内部设有多个软体隔层，所述软体隔层将所述第一软体腔内部分隔为多个第一腔室，所述第一腔室内密封填充有散粒体，第一保护罩包覆在所述第一软体腔的外侧，其上、下两侧分别设有用于承受压力破裂的薄层，左、右两侧分别设有压力传递组件。本发明，由多个独立的普通段和连接段组成，撞击受损后便于更换、维修，且便于安装、运输，有效降低了成本，实用经济。

Description

散粒填充型薄壁软体防船撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩安全保护装置，具体涉及一种散粒填充型薄壁软体防 船撞装置。

背景技术

随着交通运输业的快速发展，船舶撞击桥墩的事故不断增加。

船舶撞击事故往往导致桥毁、船沉、人亡及环境污染等严重后果，直 接或间接造成巨大经济损失，对交通运输、环境安全构成了重大威胁。因 此，对于用以耗散碰撞能量、具有缓冲吸能的材料、结构的研究引起了国 内外的高度重视，在国际上，大型桥梁多采用人工岛、群桩、钢箱等防撞 结构，人工岛虽能够避免船舶直接撞击桥墩，但占用了较多航道，造价高 昂；群桩方式能够减少船舶对桥墩的损伤，但同样造价高，且桥墩撞损后 难以修复，船舶毁损严重；钢箱通过钢结构塑性变形消耗撞击能量，但其 对撞击力削减效果较差，对船舶的撞力削减仅为10～25％，且由于钢箱刚度 大，其对船舶的损伤大，需要定期维护，此外，在现有的防撞结构、材料 中，大多采用钢材、混凝土或弹性体作为缓冲吸能材料，尽管这些材料、 结构具有原材料丰富、刚度大、吸能效果好等优点，但同时也不可避免的存在以下问题：

(1)钢材等材料耐腐蚀性能差，防撞装置需要定期维护；

(2)混凝土防护结构施工周期较长，且在恶劣的环境条件下较难开展 施工，施工建设难度高；

(3)钢材、混凝土等防撞装置不易维护，且发生破坏后不易修复，对 装置损耗严重，会易造成巨大的能源消耗和环境污染。

对于上述问题，近年来，针对现有防撞装置的局限性，纤维增强树脂 基复合材料受到了极大重视，除了具有很高的比强度和比刚度，可设计性 强以及耐腐蚀等优良性质外，还具有很好的能量吸收性能。但是，由于纤 维增强树脂基复合材料弹性压缩行程短，在遭受船舶冲击后，纤维增强树 脂基复合材料产生不可恢复的碰撞变形，导致防撞系统出现损坏，需对损 坏部位维修、更换更换后才可重新使用，且维修困难、成本高。

有鉴于此，急需对现有的桥墩安全保护装置进行改进，使其对于船舶 的撞击具有更高的能量吸收性能，且便于修复，降低成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的桥墩安全保护装置所存在的，对 于船舶的撞击能量吸收性能差、不便修复和成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供散粒填充型 薄壁软体防船撞装置，呈环状，包括若干个普通段，所述普通段之间通过 连接段连接，所述普通段包括：

第一软体腔，其内部设有多个软体隔层，所述软体隔层将所述第一软 体腔内部分隔为多个第一腔室，所述第一腔室内密封填充有散粒体；

第一保护罩，包覆在所述第一软体腔的外侧，其上、下两侧分别设有 用于承受压力破裂的薄层，左、右两侧分别设有压力传递组件。

在上述方案中，所述第一软体腔包括内外设置的橡胶层和纤维增强材 料层，所述纤维增强材料层为尼龙织物、纤维织物、金属丝网和锦纶帆布 中的一种或几种。

在上述方案中，所述橡胶层包括由内至外依次设置的内层、中层和外 层,所述橡胶层的材质为氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和聚脲中 的一种或几种。

在上述方案中，所述第一保护罩呈薄筒状，由两个半罩体对接而成， 两个所述半罩体用于对接的端部设有用于将两个所述半罩体锁紧为一体的 锁紧组件。

在上述方案中，所述压力传递组件包括扩散块和摩擦板，所述扩散块 的内侧面为弧面，且附着所述半罩体的外侧面上，所述半罩体位于所述扩 散块两侧的部分设置为薄层，所述扩散块的外侧面为平面或弧面，所述摩 擦板贴覆在所述扩散块的外侧面上。

在上述方案中，所述第一软体腔上设有用于向所述腔室装填散粒体的 灌装口。

在上述方案中，所述连接段包括内外设置的第二软体腔和第二保护罩， 所述第二软体腔内密封填充有所述散粒体，所述连接段内部设有劲性骨架。

在上述方案中，所述散粒体选取轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、泡 沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒中的一种或几种的 混合。

在上述方案中，所述第一软体腔横截面的形状为圆形或半圆形。

在上述方案中，所述第一保护罩的材质为钢或玻璃钢

与现有技术相比，本发明，第一软体腔和第二软体腔采用内外设置的 纤维增强材料层和橡胶层，具有柔性大、变形恢复能力强的特点，通过第 一、第二保护罩和散粒体吸收船舶碰撞产生的能量，可有效削减船舶的撞 击力度，从而有效地保护桥墩和船舶，此外，本发明由多个独立的普通段 和连接段组成，撞击受损后，便于更换、维修，且便于安装、运输，有效 降低了成本，实用经济。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中普通段的截面示意图；

图3为本发明中普通段的另一截面示意图；

图4为本发明中普通段受压前的截面示意图；

图5为本发明中普通段受压后的截面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种散粒填充型薄壁软体防船撞装置，具有受到撞击后 形变大、高耗能和损坏后少修复、易修复的特点，防撞效果好，维护成本 低。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

现有的大型桥墩防撞船设施有钢套箱、柔性钢丝圈防撞设施以及玻璃 钢复合材料防撞设施等，其多以钢、玻璃钢等刚性材料作为主体结构。此 类防撞设施的主体结构在受到撞击后，其变形往往是不可恢复的。防撞设 施在一次碰撞发生后，较小变形须经过外力修复，大面积变形或损坏则须 进行单体更换才能够重新使用，因而维修困难、成本大且维修率高。对此， 本发明提供了一种散粒填充型薄壁软体防船撞装置以解决上述问题。

如图1～5所示，本发明提供的散粒填充型薄壁软体防船撞装置包括若 干个首尾连接的普通段1和连接段2，优选的，普通段1与连接段2之间采 用法兰连接件5固定连接，使多个普通段1和连接段2围成环形，用于套 装在桥墩上，对桥墩、船舶起到防护的作用。

普通段1包括第一软体腔10，和第一保护罩，第一软体腔10的截面为 圆形或半圆形，其内部设有多个第一软体隔层，多个第一软体隔层将第一 软体腔10的内部分隔为多个第一腔室，第一腔室内密封填充有散粒体8。 优选的，第一软体腔10上设有用于向第一腔室装填散粒体8并实现密封的 灌装口，通过该灌装口装填、更换散粒体8，便于局部维护。第一保护罩包 覆在第一软体腔10的外侧，第一保护罩的上、下两侧分别设有用于承受压 力破裂的第一薄层11，左、右两侧分别设有第一压力传递组件。

连接段2包括第二软体腔，第二软体腔的外侧设有劲性骨架和第二保 护罩，第二软体腔内设有多个第二软体隔层，第二软体隔层将第二软体腔 的内部分隔为多个第二腔室，第二腔室内密封填充有散粒体8。第二保护罩 覆于第二软体腔的表面，第二保护罩的上、下两侧分别设有用于承受压力 破裂的第二薄层，左、右两侧分别设有第二压力传递组件。

本发明的安装方法如下：向第一软体腔的第一腔室内填充散粒体8，填 充后密封；向第一软体腔安装第一保护罩和第一压力传递组件；现场安装 连接段2，使普通段1与连接段2围绕桥墩连呈环状；对连接段2的第二软 体腔进行抽水除湿，并使其充分干燥，再向第二腔室内灌装散粒体8；最后 在第二软体腔的外侧安装第二保护罩和第二压力传递组件。

本发明安装到桥墩上后，通过第一、第二压力传递组件接受撞击传递 压力，并起到缓冲的作用，在撞击力的作用下，第一、第二压力传递组件 沿横向分别挤压第一、第二保护罩，在受压过程中，第一薄层11或第二薄 层首先发生破坏并吸收部分能量，同时减少对第一软体腔10或第二软体腔 的限制，使第一软体腔10或第二软体腔发生较大变形，并挤压其内部的散 粒体8，使散粒体8发生摩擦和破碎，由此吸收船舶碰撞能量。由于普通段 1和连接段2设置为多个，可针对撞击损伤的部位进行维修、更换，将撞击 带来的损伤降到最低，提了高维修效率，节省了时间，降低了成本。

具体的，第一软体腔10包括内外设置的橡胶层和纤维增强材料层，纤 维增强材料层作为第一软体腔10的受力骨架，橡胶层用于保护纤维增强材 料层，并共同起承载的作用。橡胶层包括由外至内依次设置的外层、中层 和内层，纤维增强材料层设置在内层与中层之间，或中层与外层之间，或 同时设置在内层与中层之间和中层与外层之间。本发明中，纤维增强材料 层为尼龙织物、纤维织物、金属丝网和锦纶帆布的一种或几种，橡胶层的 材质为氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶及聚脲中的一种或几种。 优选的，外层采用厚度大于等于2.5mm的氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚 乙烯橡胶及聚脲中的一种或几种的组合，具有耐磨损、耐老化、耐寒的优 异性能，中层采用的橡胶厚度为0.3～0.5mm，起到保护和连接纤维增强材 料层的作用，具有较高的附着力，内层采用的橡胶厚度大于2mm，除具有保 护纤维增强材料的功能外，还具有水密性和气密性。另外，在本发明中， 上述橡胶的伸长率可达350％，纤维增强橡胶基软体层拉断伸长率可达50％ 以上，能够支持较大的形变，充分吸收撞击能量。

第二软体腔采用与第一软体腔10相同的结构和材质。

根据第一软体腔10和第二软体腔的上述结构、材质，在接受船舶撞击 后，第一软体腔10和第二软体腔可沿横向被压缩至其直径的60％以上，而 不发生破坏，且压缩后可恢复，因此，在受到较小的撞击后，仅需对压碎 的散粒体8进行补填即可，必要时，将损坏的部分第一保护罩或第二保护 罩更换后即可重新使用，具有维修简易经济、维修率低的特点。

第一保护罩呈薄筒状，由两个半罩体对接而成，两个半罩体对接的端 部设有用于将两个半罩体锁紧为一体的锁紧组件9。第一保护罩的材质采用 钢或玻璃钢，具有价格低、质量轻的特点，且具有一定的韧性。

第二保护罩采用与第一保护罩相同的结构和材质。

第一压力传递组件包括扩散块3和摩擦板4，扩散块3的内侧面为弧面， 且附着半罩体的外侧面上，扩散块3两侧的半罩体设置为薄层，扩散块3 的外侧面为平面，摩擦板4贴覆在扩散块4的外侧面上。扩散块3采用木 材、橡胶或玻璃钢，摩擦板4采用耐磨材料，优选为聚乙烯板。

第二压力传递组件采用与第一压力传递组件相同的结构和材质。

散粒体8为轻质吸能颗粒，并选取轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、 泡沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒的一种或几种的 混合，通过受压破裂吸收撞击能量，保护船舶、桥墩。

本发明的工作原理为：碰撞发生时，船舶先接触摩擦板4，并相对摩擦 板4产生轻微滑移，随着撞击力的增大，撞击力通过扩散块3扩散至第一 软体腔10或第二软体腔上，再经由散粒体8传至桥墩，第一软体腔10或 第二软体腔在撞击力作用下沿横向受压变形，在变形过程中第一保护罩或 第二保护罩首先发生破坏并吸收部分能量，同时，其解除对于第一软体腔 10或第二软体腔的限制，可使第一软体腔10或第二软体腔发生较大的变形， 使其内部的散粒体8发生摩擦、破碎，由此吸收船舶碰撞产生的能量。本 发明，由于第一软体腔10或第二软体腔可被压缩至其直径的60％以上，而 不发生破坏，且可恢复，因此，碰撞结束后，仅需对压碎的散粒体8进行 补填即可，必要时，可对损坏的第一保护罩或第二保护罩进行更换，更换 后即可直接投入使用，具有维护简易、成本低和维修率低的优点。

本发明，第一软体腔10和第二软体腔采用内外设置的纤维增强材料层 和橡胶层，是一种柔性大、变形可修复防撞装置，通过第一、第二保护罩 的变形和散粒体8的破碎吸收船舶碰撞产生的能量，可有效削减船舶的撞 击力度，从而有效地保护桥墩和船舶。同时，纤维增强材料层还具有耐腐 蚀性、耐久性、耐疲劳性、抗拉断性等优异的性能，耐久性、防护性好。 本装置在承受多次船舶撞击后，仅通过更换、补充填散粒体8即可使第一 软体腔10或第二软体腔恢复功能，维护率低，维修简易经济，久耐性好。 此外，本发明由多个独立的普通段1和连接段2组成，撞击受损后便于更 换、维修，且便于安装、运输，有效降低了成本，实用经济。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启 示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入 本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.散粒填充型薄壁软体防船撞装置，呈环状，包括若干个普通段，所述普通段之间通过连接段连接，其特征在于，所述普通段包括：

第一软体腔，其内部设有多个软体隔层，所述软体隔层将所述第一软体腔内部分隔为多个第一腔室，所述第一腔室内密封填充有散粒体；

第一保护罩，包覆在所述第一软体腔的外侧，其上、下两侧分别设有用于承受压力破裂的薄层，左、右两侧分别设有压力传递组件。

2.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一软体腔包括内外设置的橡胶层和纤维增强材料层，所述纤维增强材料层为尼龙织物、纤维织物、金属丝网和锦纶帆布中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述橡胶层包括由内至外依次设置的内层、中层和外层,所述橡胶层的材质为氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶和聚脲中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一保护罩呈薄筒状，由两个半罩体对接而成，两个所述半罩体的端部设有用于将两个所述半罩体锁紧为一体的锁紧组件。

5.根据权利要求4所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一压力传递组件包括第一扩散块和第一摩擦板，所述第一扩散块的内侧面为弧面，且附着所述半罩体的外侧面上，所述薄层设置在所述半罩体上位于所述第一扩散块两侧的部分，所述第一扩散块的外侧面为平面或弧面，所述第一摩擦板贴覆在所述第一扩散块的外侧面上。

6.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一软体腔上设有用于向所述腔室装填散粒体的灌装口。

7.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述连接段包括内外设置的第二软体腔和第二保护罩，所述第二软体腔内密封填充有所述散粒体，所述连接段内部设有劲性骨架。

8.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述散粒体选取轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、泡沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒中的一种或几种的混合。

9.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一软体腔横截面的形状为圆形或半圆形。

10.根据权利要求1所述的散粒填充型薄壁软体防船撞装置，其特征在于，所述第一保护罩的材质为钢或玻璃钢。