CN109137709A - 一种水位控制的自稳定桥梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水位控制的自稳定桥梁，包括桥墩和梁体，桥墩上有支撑架，支撑架上有可转动的涡轮桨；桥墩上有与涡轮桨传动连接的水泵，梁体上有储水池，水泵的泵出端与储水池连通；梁体上有与储水池连通的排水孔，桥墩上有置于排水孔下方并与排水孔对应的推杆，推杆与桥墩经螺纹连接；桥墩上有置于推杆下方同轴设置的转轴，转轴的上端有轴向滑动插入推杆内的止转杆；桥墩上有与转轴平行设置的伸缩杆，伸缩杆的上端与桥墩连接，伸缩杆的下部有垂直于伸缩杆长度方向的凸轮推杆，转轴上有与凸轮推杆匹配的凸轮槽，凸轮推杆的端部置于凸轮槽内，伸缩杆的下端连接有浮箱。

Description

一种水位控制的自稳定桥梁

技术领域

本发明涉及桥梁建筑领域，特别是一种水位控制的自稳定桥梁。

背景技术

桥梁的稳定性是桥梁安全的保证，正常使用时桥梁的稳定性不会存在较大安全隐患，但是，在诸如强风或暴雨导致水位急剧上涨、水流湍急等类似的意外情况发生时，桥梁所受到的冲击力极有可能超出设计强度，使得桥梁发生坍塌危险，不仅影响车辆通行，还会带来较大经济损失，甚至会造成人员伤亡；尤其是强风和降雨多发地带或沿海地带，山洪、泥石流等地质性灾害以及河流水位上涨都会对桥梁安全产生威胁。

上述情况发生时，不仅会对桥墩部位产生冲击，水位较高时还会对梁体造成冲刷，使得桥身产生偏移或断裂，特别是对一些轻质桥梁如钢结构桥、浮桥等，影响尤为显著；而为了在上述情况发生时保持桥梁良好的稳定性，相关人员常采取重物压桥的方式对桥梁的整体稳定性进行紧急应对，如将多辆满载卡车或火车车厢等开到桥上，或在桥上堆积沙袋等，这种增加重量的方法可以使梁体与桥墩以及桥墩与地面之间的挤压力增大，一方面增加了彼此间的摩擦力，同时也迅速增加了桥梁本身的惯性势能，使其在受到冲击时可以更好地保持稳定，避免局部或整体产生位移。

尽管该方法尚不能从根本解决桥梁的安全问题，但是用于应对紧急情况，不失为一种简单快速的保障方法；而该方法存在的缺陷也较为明显：一是需要借助设备和人员进行辅助操作，二是需要耗费较长时间来完成实施过程，显然这对现场人员来说存在极大的安全隐患，一旦实施过程中发生意外，将会造成更多不必要的财产损失和人员伤亡；因此，应将这一方法与桥梁本身进行融合，以获得更安全、更快捷的应急使用效果。

发明内容

针对上述情况，为弥补现有技术所存在的技术不足，本发明提供一种水位控制的自稳定桥梁，以解决现有桥梁对冲击力抵御不足及无法安全、及时应对紧急情况的问题。

其解决的技术方案是：包括桥墩和梁体，所述的桥墩上有支撑架，支撑架上经轴承连接有可转动的涡轮桨；所述的桥墩上有与涡轮桨传动连接的水泵，涡轮桨带动水泵同时转动，梁体上有储水池，水泵的泵出端与储水池连通；所述的梁体上有与储水池连通的排水孔，桥墩上有置于排水孔下方并与排水孔对应的推杆，推杆与桥墩经螺纹连接，当推杆向上螺旋转动时，推杆的上端将排水孔封闭；所述的桥墩上有置于推杆下方并与推杆同轴设置的转轴，转轴的上端有沿转轴的轴线方向滑动插入推杆内的止转杆，止转杆使推杆与转轴同时转动，且推杆与转轴可轴向滑动；所述的桥墩上有与转轴平行设置的伸缩杆，伸缩杆的上端与桥墩连接，伸缩杆的下部有垂直于伸缩杆长度方向的凸轮推杆，转轴上有与凸轮推杆匹配的凸轮槽，所述的凸轮槽由螺旋槽和置于螺旋槽上方的直槽经相近端平滑连接组成，凸轮推杆的端部置于凸轮槽内；所述的伸缩杆的下端连接有置于桥墩一侧的浮箱。

本发明通过水位高度变化和流体速度变化来控制涡轮桨的转动，进而带动水泵运转将水源抽取至桥梁上以实现自动增重，且水位下降后还可自动排水减重，有效解决了紧急情况下桥梁的稳定性问题，极大限度地保障了桥梁的稳定性；同时，利用本发明进行桥梁稳定不需要投入其他物资、设备和能源，节省了大量成本。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的A-A剖面示意图。

图3为本发明的图2的B-B剖面示意图。

图4为本发明的图2中C部分的放大图。

图5为本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图5给出，本发明包括带有圆柱形涵洞的桥墩1和安装于桥墩1上的梁体2，所述的桥墩1上有置于圆柱形涵洞内并与圆柱形涵洞同轴设置的支撑架3，支撑架3上经轴承连接有与支撑架3同轴设置的可转动的涡轮桨4；所述的桥墩1上有与涡轮桨4传动连接的水泵5，涡轮桨4带动水泵5同时转动，梁体2上有储水池6，水泵5的泵出端与储水池6连通；所述的梁体2上有与储水池6连通的竖向设置的排水孔7，桥墩1上有置于排水孔7下方并与排水孔7同轴对应的推杆8，推杆8与桥墩1经螺纹连接，当推杆8向上螺旋转动时，推杆8的上端将排水孔7封闭；所述的桥墩1上有置于推杆8下方并与推杆8同轴设置的沿自身轴线转动的转轴9，转轴9的上端有沿转轴9的轴线方向滑动插入推杆8内的止转杆10，当转轴9在桥墩1上转动时，推杆8经止转杆10带动而随转轴9同时转动，且推杆8转动时与桥墩1之间产生螺旋传动使推杆8产生轴向位移，从而使止转杆10与推杆8之间产生滑动；所述的桥墩1上有与转轴9平行设置的伸缩杆11，伸缩杆11的上端与桥墩1连接，伸缩杆11的下部有垂直于伸缩杆11长度方向的凸轮推杆12，转轴9上有与凸轮推杆12匹配的凸轮槽13，所述的凸轮槽13由沿转轴9的轴线螺旋设置的螺旋槽和置于螺旋槽上方的平行于转轴9轴线方向设置的直槽经相近端平滑连接组成，凸轮推杆12的端部置于凸轮槽13内，当伸缩杆11做伸缩运动时，凸轮推杆12随之产生轴向位移并经凸轮槽13带动转轴9转动；所述的伸缩杆11的下端连接有置于桥墩1一侧的浮箱14。

作为优选，所述的涡轮桨4与水泵5之间经齿轮副15传动连接。

作为优选，所述的涡轮桨4与水泵5之间经联轴器16或减速器或增速器传动连接。

作为优选，所述的桥墩1上有与涡轮桨4的轴线垂直设置并沿自身轴线转动的从动轴17，涡轮桨4与从动轴17经齿轮副15传动连接，所述的从动轴17与水泵5经联轴器16或减速器或增速器传动连接。

作为优选，所述的桥墩1上有与水泵5的吸入端连接的进水管18和与水泵5的泵出端连接的出水管19，所述进水管18的端部有滤网件20，所述出水管19的端部与储水池6连通。

作为优选，所述的推杆8的上端有密封垫21，当推杆8向上滑动将排水孔7封闭时，密封垫21受到挤压而产生形变，可有效防止泄漏。

作为优选，所述的伸缩杆11的下部有连接件22，连接件22的一端与伸缩杆11连接，连接件22的另一端套设于转轴9上，凸轮推杆12置于连接件22上；连接件22可使转轴9与伸缩杆11之间保持稳定的相对位置，同时避免凸轮推杆12过长导致的传动失效问题。

作为优选，所述的桥墩1上有置于涡轮桨4端面外侧也即置于圆柱形涵洞端部的滤筛，所述滤筛包括滤筛架23和安装于滤筛架23上的球面筛网24，通过滤筛的过滤筛除，可保证尺寸较大的物体不会进入圆柱形涵洞，从而避免将涡轮桨4卡死或受到撞击而损毁。

作为优选，所述的梁体2上有与储水池6上部连通的多个溢水孔25，当储水池6中的水量达到预设高度后，多余的水从溢水孔25溢出，从而使储水池6中的水量保持动态稳定。

作为优选，所述的梁体2与桥墩1之间经盖梁26连接，所述的推杆8置于盖梁26上。

本发明正常使用时与普通桥梁无异，桥墩1用于支撑梁体2，梁体2用于车辆和行人的通行；安装时可将上述与涡轮桨4相关的各传动部件安装于箱体27中，而后根据实际需求选择合适的安装方式将箱体27安装于桥墩1上，如：1）将箱体27预装在桥墩1的钢筋架上，而后进行混凝土浇筑；2）采用钢结构与混凝土混合式桥墩，将箱体27或上述各部件直接安装于钢结构部分；3）采用薄壁空心式桥墩，将箱体27或上述各部件直接预装于空心桥墩内；4）为了便于后期维修维护，还可将箱体27悬挂固定于桥墩1的外侧；无论选择何种安装方式，只需保证水流可流经涡轮桨4且浮箱14可随水位升降即可；同理，推杆8也可预装在一固定架上，而后将固定架安装于盖梁26上；根据河流宽度和实际使用需要设置恰当数量的多个桥墩1并将梁体2安装于多个桥墩1上，同时将水泵5上的进水管18的连接有滤网件20的端部置于水中。

在河流水位较低时，圆柱形涵洞位置高于水位，水流无法进入圆柱形涵洞内，因而涡轮桨4不会产生转动，且此时浮箱14也不与水面接触，故其余各部件均不会产生运动。

当河流水位上涨、河水流速加快后，水流进入圆柱形涵洞内对涡轮桨4产生推力，同时浮箱14受到浮力而上浮并压缩伸缩杆11，伸缩杆11缩进时其下部带动连接件22向上移动，连接件22上移后凸轮推杆12随即向上运动，转轴9在凸轮推杆12和凸轮槽13的传动作用下产生转动并经止转杆10带动推杆8转动，推杆8转动后与桥墩1产生螺旋传动而上升并与止转杆10产生相对滑动，推杆8螺旋上升后其上端的密封垫21与排水孔7逐渐靠近并产生接触挤压，从而将排水孔7封堵；当排水孔7被封堵后，凸轮推杆12进入凸轮槽13的直槽部分；随着水位的不断上升，涡轮桨4受到水流逐渐增大的推力而产生转动并逐渐加速，进而经齿轮副15和联轴器16带动水泵5运转，水泵5运转后，经滤网件20过滤后的水经进水管18进入泵体内加压并经出水管19泵出至储水池6中；随着水流对涡轮桨4的不断推动，储水池6中的水量逐渐增大，其对排水孔7下方的推杆8产生向下的压力，但由于推杆8与桥墩1之间的螺纹连接具有自锁效果使推杆8的竖向位置锁定而无法下滑，故排水孔7不会产生泄漏，保证储水池6的中水量持续增加。

当储水池6中的水量增加至高于溢水孔25时，多余的水经溢水孔25排出，从而使得储水池6的水量保持动态稳定，避免不断增加的水量超出梁体2的额定荷载而将梁体2压坏。

另外，在强风状态下，即使河流水位上涨和流速变化不明显，但由于风力的推动作用，涡轮桨4也会产生转动而使梁体2增重，同样会起到稳定桥梁的作用。

同时，当水位较高后，水位的起伏会使浮箱14不断上下运动，而由于此时凸轮推杆12置于凸轮槽13的直槽部分，因此凸轮槽13不会对凸轮推杆12的竖向移动产生阻碍，也即伸缩杆11的伸缩不会受到阻挡；伸缩杆11随浮箱14的上下波动而不断伸缩，可对浮箱14的波动起到良好的缓冲作用，有效避免水位的不断起伏对浮箱14产生破坏。

当上述外界状态解除后，河流水位降至原有高度或降至安全高度以下，或风力明显减弱，此时需要将储水池6中的水排出，而本发明同时具备自动排水功能：当水位下降后，浮箱14随之下降，在浮箱14和伸缩杆11的弹力作用下，连接件22向下移动使凸轮推杆12进入凸轮槽13的螺旋槽部分并产生传动，故转轴9产生反向转动并经止转杆10带动推杆8同时反转，推杆8反转时与桥墩1之间产生反向螺纹传动而下降，从而将排水孔7打开，储水池6中的水经排水孔7排出使梁体2的重量减轻至初始重量；当伸缩杆11完全伸长后凸轮推杆12和凸轮槽13即再次回复至初始相对位置，便于下次使用时的自动锁定。

本发明结构巧妙，操作简单，通过水位高度变化和流体速度变化来控制涡轮桨的转动，进而实现水泵的运转而将水源抽取至桥梁上以实现增重，水位下降后自动排水减重，不需要手动干预即可完成自动稳定与复位操作，不仅有效解决了紧急情况下桥梁的稳定性问题，且有效替代了现有通过外部设备和人力进行压桥的操作方式，既极大限度地保障了桥梁的稳定性，又避免了现场操作存在的安全风险。

同时，本发明采用桥梁下方的现有水源作为增重物，不需要投入其他物资和设备，节省了大量成本，且实施过程中利用了水能和风能等自然资源来驱动水泵运转，不仅节省了电力，还可防止水流或强对流对电缆造成破坏而导致增重过程中断或带来更大的安全隐患。

Claims (10)

1.一种水位控制的自稳定桥梁，包括桥墩（1）和梁体（2），其特征在于，所述的桥墩（1）上有支撑架（3），支撑架（3）上有可转动的涡轮桨（4）；所述的桥墩（1）上有与涡轮桨（4）传动连接的水泵（5），梁体（2）上有储水池（6），水泵（5）的泵出端与储水池（6）连通；所述的梁体（2）上有与储水池（6）连通的排水孔（7），桥墩（1）上有置于排水孔（7）下方并与排水孔（7）对应的推杆（8），推杆（8）与桥墩（1）经螺纹连接；所述的桥墩（1）上有置于推杆（8）下方同轴设置的转轴（9），转轴（9）的上端有沿转轴（9）的轴线方向滑动插入推杆（8）内的止转杆（10）；所述的桥墩（1）上有与转轴（9）平行设置的伸缩杆（11），伸缩杆（11）的上端与桥墩（1）连接，伸缩杆（11）的下部有垂直于伸缩杆（11）长度方向的凸轮推杆（12），转轴（9）上有与凸轮推杆（12）匹配的凸轮槽（13），所述的凸轮槽（13）由螺旋设置的螺旋槽和置于螺旋槽上方的轴向直槽平滑连接组成，凸轮推杆（12）的端部置于凸轮槽（13）内；所述的伸缩杆（11）的下端连接有置于桥墩（1）一侧的浮箱（14）。

2.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，涡轮桨（4）与水泵（5）之间经齿轮副（15）传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，涡轮桨（4）与水泵（5）之间经联轴器（16）传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，桥墩（1）上有与涡轮桨（4）的轴线垂直设置的从动轴（17），涡轮桨（4）与从动轴（17）经齿轮副（15）传动连接，所述的从动轴（17）与水泵（5）经联轴器（16）传动连接。

5.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，桥墩（1）上有与水泵（5）的吸入端连接的进水管（18）和与水泵（5）的泵出端连接的出水管（19），所述进水管（18）的端部有滤网件（20），所述出水管（19）的端部与储水池（6）连通。

6.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，推杆（8）的上端有密封垫（21），当推杆（8）向上滑动将排水孔（7）封闭时，密封垫（21）受到挤压而产生形变，可有效防止泄漏。

7.根权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，伸缩杆（11）的下部有连接件（22），连接件（22）的一端与伸缩杆（11）连接，连接件（22）的另一端套设于转轴（9）上，凸轮推杆（12）置于连接件（22）上。

8.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，桥墩（1）上有置于涡轮桨（4）端面外侧的滤筛，所述滤筛包括滤筛架（23）和安装于滤筛架（23）上的筛网（24）。

9.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，梁体（2）上有与储水池（6）上部连通的多个溢水孔（25）。

10.根据权利要求1所述的一种水位控制的自稳定桥梁，其特征在于，梁体（2）与桥墩（1）之间经盖梁（26）连接，所述的推杆（8）置于盖梁（26）上。