CN108560401B - 一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板及其制作装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板及其制作装配方法，该防护板由多块装配式抗爆防护板单体组合而成，每一块单体的顶钢板与底钢板之间通过铰链与耗能软钢棒连接成整体，所述泡沫铝层填充于顶底钢板之间，所述变截面钢棒粘结在底钢板上，所述带孔圆钢锭粘结在顶钢板上，所述玄武岩纤维布粘结与顶钢板上，所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层在防护板装配完成后铺装于表面。本发明利用泡沫铝对爆炸冲击波能量卓越的吸收能力，钢棒的支撑及耗能能力，玄武岩纤维布的耐高温性能，SMA阻燃沥青混凝土磨耗层的伪装及抗磨耗能力达到承受上部荷载及保护钢桥主梁。同时，本发明具有节约成本、质量可控和施工方便的优点。

Description

一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板及其制作装配方法

技术领域

本发明属于土木工程的防灾减灾技术领域，具体涉及一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板及其制作装配方法。

背景技术

钢结构桥梁主的大跨桥梁是交通命脉，在战争爆炸时容易在爆炸及伴随高温作用下，钢结构桥梁容易因为局部钢梁破坏造成整个结构失效。因此，目前钢结构桥梁的抗火抗爆防护研究在国内外受到广泛关注。

在需要进行抗爆防护的结构外层包钢是最典型的做法，但此做法通常因为没有考虑冲击波的反射叠加特性，抗爆防护效果一般。此外加厚混凝土层，增加整体刚度也是一种较为普遍的做法，然而此做法常因施工质量不佳，在接触爆炸或近场爆炸时，抗爆防护效果不佳，且施工成本较大。

近年来，研究发现泡沫铝对爆炸冲击波能量有着卓越的吸收能力，能较大程度地减小峰值应力，在爆炸冲击波的反射叠加的情况下也表现出良好的吸收能量的能力，但单独作为抗爆防护层并不能起到最好的效果，通常作为夹层或表层作为抗爆防护层。

装配式构件由于施工质量可控，施工周期短，全寿命周期成本低等特点在国内外被广泛推广，尤其在战争中，快速装配构件应用广泛。为适应现代化战争对结构防护的需求，抗爆防护产品也应遵循现代化战争的特点，结合装配化的优势发展。装配式的抗爆防护板产品不仅适用于新建结构，对于已建成的结构物也具有良好的兼容性。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板结构及其施工方法，通过在工厂预制、现场装配的形式，将抗爆性能突出的材料组合成抗爆防护板，不仅节约成本，还达到了施工方便、质量可控和保障重要承重构件的安全的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板结构由多块装配式抗爆防护板单体组合而成，每一块装配式抗爆防护板单体包括顶钢板、底钢板、耗能软钢棒、中间填充泡沫铝层、玄武岩纤维布和SMA阻燃沥青混凝土磨耗层。

其中：

所述顶钢板厚度为3~5cm。

所述底钢板厚度为1~3cm。

所述耗能软钢棒直径为4~6cm。

所述中间填充泡沫铝层的厚度为20~40cm。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层为10cm~15cm。

所述顶钢板的背面焊有铰链，所述铰链与耗能软钢棒呈三角形活动连接；所述铰链间距视情况而定。所述顶钢板的上表面粘贴有玄武岩纤维布；所述顶钢板的右侧挑出端下表面设有带孔圆钢锭，所述带孔圆钢锭高度视情况而定。

所述底钢板左端挑出端表面设有变截面钢棒，所述变截面钢棒底部较大截面部分高度视情况而定，所述变截面钢棒较小截面部分直径与所述带孔圆钢锭孔径相吻合，位置对应，所述变截面钢棒高度高出所述顶钢板顶面5~10cm。

所述变截面钢棒与所述带孔圆钢锭拼装后中间预留空隙，保证顶钢板活动且限制耗能软钢棒屈曲。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层配方如下：

阻燃沥青：6~6.5%

集料：93.5~94%

所述阻燃沥青里采用氢氧化镁、聚磷酸铵、硼酸锌及钛酸值偶联剂混合物作为阻燃沥青阻燃剂。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层集料级配如下：

矿粉：8~12%

4.75mm以下细集料：10~20%

4.75mm以上粗骨料：70~80%。

本发明的制作及装配方法按以下步骤进行：

1）根据实际车道宽度确定防护板的尺寸，进行顶钢板（1）及底钢板（2）切割；

2）在顶钢板右侧开圆孔，制作耗能软钢棒（4）、变截面钢棒（6）、带孔圆钢锭（7）；

3）在顶钢板内侧面焊接铰链（3）；

4）拼装各构件；

5）根据车道数拼装相邻防护板；

6）铺装SMA阻燃沥青混凝土。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板结构及其施工方法，利用泡沫铝对爆炸冲击波能量卓越的吸收能力，软钢棒的支撑及耗能能力，以及SMA阻燃沥青混凝土、玄武岩纤维的耐火耐热性，能够有效吸收爆炸冲击波的能量且有效隔绝爆炸的高温，大幅减小爆炸荷载作用下钢梁的动力响应，且防止钢梁在爆炸高温下发生软化屈曲，达到保障重要承重构件的安全的目的。同时，本发明适用于战争时大跨钢桥的快速防护，可在使用已预制好的各个防护板单元进行现场装配，具有节约成本、质量可控和施工方便的优点。

附图说明

图1为本发明的三维示意图。

图2为本发明单块防护板的横截面图。

图3为本发明的拼装后防护板的横截面图。

图4为本发明耗能软钢棒与铰链连接示意图。

图5为本发明在钢桥主梁上的实例图。

附图标记说明：

顶钢板1、底钢板2、铰链3、耗能软钢棒4、中间填充泡沫铝层5、变截面钢棒6、带孔圆钢锭7、玄武岩纤维布8和SMA阻燃沥青混凝土磨耗层9。

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，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明的装配式抗爆防护板结构由多块装配式抗爆防护板单体组合而成，每一块装配式抗爆防护板单体包括顶钢板、底钢板、耗能软钢棒、中间填充泡沫铝层、玄武岩纤维布和SMA阻燃沥青混凝土磨耗层，其中耗能软钢棒是指软钢制成的钢棒，具有一定的耗能能力。

其中：

所述顶钢板厚度为3~5cm。

所述底钢板厚度为1~3cm。

所述耗能软钢棒直径为4~6cm。

所述中间填充泡沫铝层的厚度为20~40cm。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层为10cm~15cm。

所述顶钢板1的背面焊有铰链3，所述铰链3保证与耗能软钢棒吻合；所述铰链3间距视情况而定。所述顶钢板1的上表面粘贴有玄武岩纤维布8，所述顶钢板的右侧挑出端下表面设有带孔圆钢锭7，所述带孔圆钢锭7高度视情况而定。

所述底钢板2左端挑出端表面粘贴变截面钢棒6，所述变截面钢棒6底部较大截面部分高度视情况而定，所述变截面钢棒6较小截面部分直径与所述带孔圆钢锭7孔径相吻合，位置对应，所述变截面钢棒6高度高出所述顶钢板1顶面5~10cm。

所述变截面钢棒6与所述带孔圆钢锭7拼装后中间预留空隙，保证顶板活动且限制耗能软钢棒屈曲。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层配方如下：

阻燃沥青：6~6.5%

集料：93.5~94%

阻燃沥青的阻燃剂采用氢氧化镁、聚磷酸铵、硼酸锌及钛酸值偶联剂混合物。

所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层集料级配如下：

矿粉：8~12%

4.75mm以下细集料：10~20%

4.75mm以上粗骨料：70~80%。

本发明的制作及装配方法按以下步骤进行：

1）根据实际车道宽度确定防护板的尺寸，进行顶钢板1及底钢板2切割；

2）进行顶钢板开圆孔，制作耗能软钢棒4、变截面钢棒6、带孔圆钢锭7；

3）在顶钢板内侧面焊接铰链3；

4）拼装各构件；

5）根据车道数拼装相邻防护板；（如图3，防护板是指相同的防护板拼装）

6）铺装SMA阻燃沥青混凝土。

如图4所示，一已建成的4车道的扁平钢箱梁，需要做抗爆防护措施，根据钢梁尺寸，确定顶钢板1、底钢板2的基本尺寸为3.75m×5m，顶钢板厚度4cm，底钢板厚度2cm。

在顶钢板及底钢板背面按照图1所示焊接铰链3，铰链厚度10cm，中间圆孔直径10cm。顶板背面铰链距离为1~1.2m，底板背面铰链距离为0.4~0.5m，并安装耗能软钢棒4，耗能软钢棒4与铰链3连接如图4，耗能软钢棒4长度由顶、底钢板间铰链距离唯一确定，钢棒直径取4~6cm,实际直径根据上部承受荷载及耗能计算取用。

在顶钢板1及底钢板2之间填充泡沫铝4，在爆炸荷载下能够吸收爆炸产生的能量。

在顶钢板1上部粘贴一层玄武岩纤维布8，在爆炸时隔断高温及火灾。

将变截面钢棒6、带孔圆钢锭7分别焊接或使用环氧钢板胶粘贴至底钢板2、顶钢板1。变截面钢棒6底部直径10cm，上部直径6cm,顶面高出顶钢板表面6~10cm。带孔圆钢锭7直径10cm，圆孔直径6.5cm。变截面钢棒6底部高度及带孔圆钢锭7的高度能够防止耗能软钢棒出现屈曲，其高度应由顶底钢板间距离及耗能钢棒性能决定。

如图5，将预制好的抗爆防护板运至桥梁，进行拼装，拼装全部完成或部分完成后在钢板顶部铺设10~15cmSMA阻燃沥青混凝土磨耗层9, 变截面钢棒6顶面高出顶钢板表面6~10cm可减小沥青混凝土与钢板之间产生滑移，10~15cmSMA阻燃沥青混凝土磨耗层可作为战争时伪装，且达到进一步隔绝爆炸火灾及高温。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (10)

1.一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述防护板由多块装配式抗爆防护板单体组合而成，每一块装配式抗爆防护板单体包括顶钢板（1）、底钢板（2）、耗能软钢棒（4），顶钢板（1）与底钢板（2）中间填充泡沫铝层，顶钢板（1）上方设有玄武岩纤维布和SMA阻燃沥青混凝土磨耗层（9）；

所述顶钢板（1）的背面焊有铰链（3），所述铰链（3）与耗能软钢棒（4）呈三角形活动连接；所述顶钢板（1）的右侧挑出端下表面设有带孔圆钢锭（7），

所述底钢板（2）左端挑出端表面设有变截面钢棒（6），所述带孔圆钢锭（7）孔口与所述变截面钢棒（6）较小截面部分位置对应，所述变截面钢棒较小截面部分直径小于所述带孔圆钢锭（7）的孔内径。

2.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述顶钢板（1）的厚度为3~5cm，宽度为3.5~3.75m，所述顶钢板右侧挑出端10cm，所述顶钢板挑出端开3~4个圆孔，所述带孔圆钢锭（7）设置在圆孔下方。

3.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述底钢板（2）的厚度为1~3cm，宽度为3.5~3.75m，所述底钢板（2）左侧挑出端10cm，所述变截面钢棒（6）较大截面部分竖直设置在底钢板（2）左侧挑出端上方。

4.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述耗能软钢棒（4）的直径为4cm~6cm，所述耗能软钢棒两端开孔与铰链连接。

5.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述泡沫铝填充层为20~40cm。

6.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述SMA沥青混凝土磨耗层厚度为10~15cm。

7.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述变截面钢棒（6）高度高出所述顶钢板（1）顶面5~10cm。

8.根据权利要求1所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层（9）配方如下：

阻燃沥青：6~6.5%

集料：93.5~94%。

9.根据权利要求8所述的一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板，其特征在于：所述SMA阻燃沥青混凝土磨耗层（9）阻燃沥青的阻燃剂采用氢氧化镁、聚磷酸铵、硼酸锌及钛酸值偶联剂混合物。

10.一种快速装配式钢桥主梁抗爆防护板的制作装配方法，其特征在于，该制作装配方法按以下步骤进行：

1）根据实际车道宽度确定防护板的尺寸，进行顶钢板（1）及底钢板（2）切割；

2）在顶钢板右侧开圆孔，制作耗能软钢棒（4）、变截面钢棒（6）、带孔圆钢锭（7）；

3）在顶钢板内侧面焊接铰链（3）；

4）拼装各构件；

5）根据车道数拼装相邻防护板；

6）铺装SMA阻燃沥青混凝土。

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