CN109356096A - 一种悬浮式防船撞多层耗能装置 - Google Patents

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Abstract

一种悬浮式防船撞多层耗能装置，包括设置在最外侧带倾角的防撞箱；与桥墩连接、托住防撞箱的“L”型基底浮箱；设置在基底浮箱与外部防撞箱之间的缓冲装置；船体撞击在所述耗能装置上时，通过缓冲装置的大变形耗能；基底浮箱的承托面高于水平面，防止缓冲装置浸水锈蚀，增加耐久性；防撞箱外侧薄壁向下倾斜，能避免船撞过程中防撞箱上翘，保证缓冲装置最佳工作效能。本发明通过基底浮箱将整个装置浮于水面，船撞时由外部防撞箱直接承受冲击力，同时将大部分碰撞力传替给缓冲装置被动挤压变形耗能，从而降低桥墩承受的撞击力，在保障桥梁和船舶的安全的同时，最大程度地减小本装置的损坏。

Description

一种悬浮式防船撞多层耗能装置
技术领域
本发明涉及一种桥梁防船撞装置，特别是一种悬浮式防船撞耗能装置。
背景技术
在宽阔水域、外海深水环境下建设的桥梁日益增多，为公路、铁路交通事业的高速发展以及国民经济的增长起到了不可或缺的作用。然而，这些位于通航深水水域的桥梁结构，对水上运输的船舶而言却是人工构筑的障碍物，存在船撞风险，且这种风险在结构的全寿命内都客观存在。一旦发生船撞桥事故，桥梁结构可能需要承受巨大的侧向冲击荷载，在设计通航水域内的桥梁必须对船撞问题予以充分考虑。否则，将可能导致桥梁结构发生严重破坏，甚至完全倒塌，造成巨大的经济损失、人员伤亡以及消极负面的社会影响。
目前国内运用最为广泛的钢结构护舷防船撞装置易腐蚀，且船撞耗能路径复杂，损坏置换区域较大，在桥梁服役年限内维修成本居高不下。超高性能混凝土材料是最近在土木工程领域兴起的高性能材料，鉴于其强度高、韧性好以及优异的耐久性，使得研发一种耐久性好且耗能路径高效可控的新型防撞设备成为可能。
发明内容
本发明解决了船舶与桥墩发生刚性碰撞时难以保障船舶、桥墩的安全性，并且防撞装置易腐蚀的不足而提供一种多层结构变形吸能方式减小船舶撞击力、保证船舶与桥墩发生刚性碰撞时船舶、桥墩的安全性，而且耐腐蚀性强的悬浮式防船撞多层耗能装置。
一种悬浮式防船撞多层耗能装置，包包括：内侧与桥墩接触、作为悬浮承载平台的基底浮箱、通过缓冲装置安装在基底浮箱上侧并向外悬出的防撞箱和位于两相对刚性箱体之间、作为预设薄弱耗能环节、具有变形能力的缓冲装置，所述基底浮箱为“L”型，水平部分的上表面作为所述防撞箱的支撑面，下表面浸入水中，所述防撞箱的迎船面向下倾斜，初始状态时，所述防撞箱的迎船端在缓冲装置的作用下悬出基底浮箱。本发明通过基底浮箱将整个装置浮于水面，防止缓冲装置浸水锈蚀，增加其耐久性；船撞时由外部悬出防撞箱承担冲击力，然后将大部分碰撞能传替给缓冲装置，促使其被动挤压变形耗能，从而降低桥墩承受的撞击力，在保障桥梁和船舶的安全的同时，最大程度地减小本装置的损坏。所述基底浮箱的高度以保证水平部分上表面浮于水位线以上位置作为控制。
进一步的，所述滚筒通过穿过滚筒圆心的轴柱与弹簧连接，所述滚筒通过弹簧固定于所述基底浮箱上。
进一步的，所述防撞箱的迎船面向下倾斜，所述防撞箱的迎船端悬出基底浮箱1～2米，所述防撞箱迎船面一侧箱壁的倾角根据设计防撞船的船头倾斜度确定，保证船撞时防撞箱整体受力方向斜向下，避免箱体上翘，确保缓冲装置最佳工作效能，初始状态时，所述防撞箱在缓冲装置的支撑下沿迎船面悬出基底浮箱1～2米，预留大变形区域，尽量避免船体碰撞到基底浮箱上，减小损坏构件数目。
进一步的，所述缓冲装置包括沿多组水平布设的平行波形钢管组，每组平行波形钢管组沿垂方向布设在基底浮箱的垂直面上，并且相邻平行波形钢管组设有一定间隔，所述平行波形钢管组包括多根设置在同一平面的平行波形钢管。
进一步的，所述防撞箱和基底浮箱均为空心的密闭箱体，所述防撞箱和基底浮箱的密闭箱体内布满井字形钢板。一方面，通过钢板将船体撞击在防撞箱上的力传递到缓冲装置，另一方面，如果撞击力很强，钢板可以通过变形吸收部分冲击作用，起到多层耗能作用。
进一步的，所述防撞箱和基底浮箱均为超高性能混凝土制作的密封箱，并采用重配筋制作，从而使得整个耗能装置具有优异抗冲击强度和耐久性。
进一步的，所述基底浮箱在与防撞箱接触面上安装有聚四氟乙烯板，减小防撞箱体和基底的摩擦力，确保耗能传力路径的准确性。
进一步的，所述缓冲装置连接防撞箱和基地浮箱的垂直部分，通过耗能元件的被动挤压大变形消耗撞击力，减小对防撞装置和桥墩的损伤。
综上所述，本发明的防撞多层耗能装置在船体撞击时，通过防撞箱承受冲击力，并利用自身刚度将大部分撞击能量传替至缓冲装置，诱发缓冲装置被动大变形的二次吸能，减缓船舶撞击，减小对防撞装置和桥墩的损伤；本发明的防撞箱具有高强度、高韧性和优异的抗冲击性能，极大地提高了本装置最外侧迎船撞结构的抗撞性能，避免与船舶直接接触的过早破坏；本发明的缓冲装置置于箱体以外，确保多层耗能理念的高效性，且被防撞箱和基地浮箱包裹，避免与河/海水接触，极大地增加耐久性；本发明的“L”形基底浮箱通过可转动滚筒与桥墩接触的方式实现防撞装置上下浮动，且作为防撞箱和缓冲装置的支撑基体。
附图说明
图1为本发明的内部结构图。
图2为本发明的俯视图。
附图中，1、防撞箱；2、缓冲装置；3、基底浮箱；4、钢板；5、滚筒；6、弹簧；7、聚四氟乙烯板；8、桥墩。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1至2所示，本发明的悬浮式防船撞多层耗能装置主要包括防撞箱1、缓冲装置2以及基底浮箱3三大部分。
防撞箱1设置在基底浮箱3上，与缓冲装置2连接，防撞箱1和缓冲装置2位于水位线以上；缓冲装置2被防撞箱1和基底浮箱3二者包裹其中，从而防止了缓冲装置2与河/海水的直接接触；基底浮箱3设置在缓冲装置2与桥墩8之间；船头撞击在本装置上时，防撞箱1直接承担冲击，并将大部分能量传替给缓冲装置2，缓冲装置2通过被动挤压变形消耗撞击能量。
所述防撞箱1和基底浮箱3均为空心的密闭箱体，所述防撞箱1和基底浮箱3的空心密闭箱体内布满井字形钢板4，所述钢板4与防撞箱1的前、后、上、下四个面直接连接(这里设定防撞箱1接收冲击的面为前面)，钢板4通过剪力钉或PBL剪力连接件与箱体面壁连接起来，起到传替冲击力和承担部分耗能的作用。所述防撞箱1壁为超高性能混凝土材料制作，采用重配筋制作，增加耐冲击性能。
缓冲装置2包括多组波形钢管组成的耗能元件，每组波形钢管由6根(高度)×2根(平面)平行波形钢管组成，通过预埋高强螺栓与防撞箱1和基底浮箱3的混凝土外壁连接构成整体。
在初始状态下，所述防撞箱1因为缓冲装置2牵引，一端悬出基底浮箱3约2米的长度，预留大变形区间，防撞箱1的迎船面为带倾角的壁面，确保缓冲装置2能沿水平线路径累进压缩耗能，所述缓冲装置2的每组耗能元件间隔分布，以期达到局部损坏区域控制在单组或两组缓冲元件及其之间的防撞箱范围。
上述为本发明的优选实施方式，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式和细节上对本发明所作出的各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于，包括：内侧与桥墩接触、作为悬浮承载平台的基底浮箱、通过缓冲装置安装在基底浮箱上侧并向外悬出的防撞箱和位于两相对刚性箱体之间、作为预设薄弱耗能环节、具有变形能力的缓冲装置，所述基底浮箱为“L”型，所述基底浮箱水平部分的上表面作为所述防撞箱的支撑面，下表面浸入水中，所述防撞箱的迎船面向下倾斜，初始状态时，所述防撞箱的迎船端在缓冲装置的作用下悬出基底浮箱。
2.根据权利要求1所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述基底浮箱垂直部分的内侧通过滚筒与桥墩接触、外侧面通过所述缓冲装置与防撞箱连接。
3.根据权利要求2所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述滚筒通过穿过滚筒圆心的轴柱与弹簧连接，所述滚筒通过弹簧固定于所述基底浮箱上。
4.根据权利要求1所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述缓冲装置包括沿多组水平布设的平行波形钢管组，每组平行波形钢管组沿垂方向布设在基底浮箱的垂直面上，并且相邻平行波形钢管组设有一定间隔，所述平行波形钢管组包括多根设置在同一平面的平行波形钢管。
5.根据权利要求1所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述防撞箱的迎船端悬出基底浮箱1～2米。
6.根据权利要求1至5之一所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述防撞箱和基底浮箱均为可拆卸的装配式空心密闭箱体，所述防撞箱和基底浮箱的密闭箱体内布满井字形钢板。
7.根据权利要求6所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述防撞箱和基底浮箱均为超高性能混凝土制作。
8.根据权利要求6所述的悬浮式防船撞多层耗能装置，其特征在于：所述基底浮箱在与防撞箱接触面上安装有聚四氟乙烯板。
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