CN109853432A - 桩柱式桥墩防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桩柱式桥墩防撞装置，包括吸能体、防撞体、第一支撑架组和第二支撑架组；吸能体包围于桥墩外壁四周，防撞体套置于吸能体外，防撞体与桥墩之间距离由防撞体中部向上和向下逐渐减小，从而在防撞体外周壁的上部和下部分别形成上防撞面和下防撞面；第一支撑架组和第二支撑架组分别包括若干布置于吸能体与防撞体之间的第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架两端分别抵接于防撞体上部内侧壁和吸能体，第二支撑架两端分别抵接于防撞体下部内侧壁和吸能体。车辆垂直于桥墩的撞击力可以从多方位分散出去，本发明显著地消减了桥墩承受的撞击力，有效地保护了受撞击的桥墩。

Description

桩柱式桥墩防撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩防撞领域，特别是涉及桩柱式桥墩防撞装置。

背景技术

随着交通运输业和经济建设的蓬勃发展，桥梁的大量修建和车辆的数量不断增加，使得造成车辆撞击桥墩的概率越来越大。车辆撞击桥墩不仅容易造成车毁人亡等惨剧，而且在一定程度上降低了桥梁结构在设计寿命期的承载能力和耐久性，碰撞引起的墩顶位移过大，会直接影响桥梁的支座安全以及上部梁体的稳定，严重时甚至造成上部结构的脱落。

目前，对于桩柱式桥墩的防护，一般较为常见的处理方法是在跨线桥梁桥墩底部周外砌筑水泥隔离墩，以减小碰撞时车辆对桥墩的损害。但是，水泥隔离墩占地空间大，吸能效果和缓冲性能差，桥墩仍然需要承担很大的撞击力。有些处理方法是在桥墩上设置撞击防撞装置，使车辆撞击桥墩的力被分散开来，从而减弱对桥墩的撞击强度。但是这些防撞装置通常只有一个防撞面，分散撞击力的手段较单一，在分散了部分撞击力后，仍有较大的撞击力冲击桥墩，导致防撞效果不佳。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供桩柱式桥墩防撞装置，其能多方位分散来自车辆的撞击力，在分散大部分撞击力后能吸收剩余的撞击能量，大大减少车辆对桥墩的撞击伤害，有效保护受撞击的桥墩。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

桩柱式桥墩防撞装置，包括吸能体、防撞体、第一支撑架组和第二支撑架组；吸能体包围于桥墩外壁四周，防撞体套置于吸能体外，防撞体与桥墩之间距离由防撞体中部向上和向下逐渐减小，从而在防撞体外周壁的上部和下部分别形成上防撞面和下防撞面；第一支撑架组和第二支撑架组分别包括若干布置于吸能体与防撞体之间的第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架两端分别抵接于防撞体上部内侧壁和吸能体，第二支撑架两端分别抵接于防撞体下部内侧壁和吸能体。由于防撞体与桥墩之间距离由防撞体中部向上和向下逐渐减小，防撞体为上下两端小中间大的结构，上防撞面和下防撞面的倾斜角度不同，因此车辆垂直于桥墩的撞击力可以分散为沿防撞体上防撞面、下防撞面、第一支撑架和第二支撑架的分力，从多方位分散出去，极大地分散了撞击力；在分散了大部分撞击力后，吸能体能吸收防撞体传递过来的剩余的撞击能量。相比于只有一个防撞面的防撞体，本发明显著地消减了桥墩承受的撞击力，有效地保护了受撞击的桥墩。

进一步，第一支撑架一端抵接于吸能体上部，第二支撑架一端抵接于吸能体下部。采用这种结构后，第一支撑架将撞击能量传递到吸能体上部，第二支撑架将撞击能量传递到吸能体下部，撞击能量在吸能体上分布更均匀，有利于吸能体更好吸收撞击能量，更好地保护受撞击的桥墩。

进一步，第一支撑架另一端垂直抵接于防撞体上部内侧壁，第二支撑架另一端垂直抵接于防撞体下部内侧壁。采用这种结构后，第一支撑架和第二支撑架能更好地将防撞体承受的撞击能量传递到吸能体上，以进行能量吸收和消减。第一支撑架、第二支撑架和防撞体纵向截面大致呈菱形结构，受强烈撞击时上防撞面和第一支撑架往上形变，下防撞面和第二支撑架往下形变，从而有效消减撞击能量。

进一步，上防撞面和下防撞面上下对称设置。采用这种结构后，防撞体整体匀称，防撞性能更好。

进一步，上防撞面和下防撞面均为锥面。采用这种结构后，防撞体为双锥形结构，结构更加稳固。受撞击时防撞体的上防撞面和下防撞面分散撞击能量更迅速。

进一步，防撞体包括内圈、外圈和若干缓冲板，外圈套接在内圈外，缓冲板两端分别连接于内圈和外圈，外圈为玻璃钢筒体，内圈为橡胶混凝土筒体，缓冲板为钢板缓冲板，第一支撑架另一端和第二支撑架另一端均抵接于内圈侧壁。采用这种结构后，防撞体具有较高强度，作为第一防撞关卡，起到最直接的防撞效果。相比于水泥混凝土筒体或金属筒体，橡胶混凝土筒体的抗裂性能更好、能量吸收更多、韧性更高、变形能力更大，因此防撞效果更佳。

进一步，吸能体包括防撞层，防撞层包围于桥墩外壁四周，防撞层内设有密集排列的正六边形模块，正六边形模块与桥墩轴向平行设置，正六边形模块里面填充有吸能材料，第一支撑架一端抵接于防撞层上部外侧壁，第二支撑架一端抵接于防撞层下部外侧壁。正六边形模块的结构比较稳定，在受撞击时，可以有效转化撞击能量，使撞击能量转化为正六边形模块的形变，以大幅消减撞击能量，吸能材料能吸收剩余的撞击能量。正六边形模块与桥墩轴向平行设置，在受撞击时，正六边形模块在纵向上具有更多的形变空间，能够消减更多撞击能量。

进一步，吸能材料为超高分子量聚乙烯纤维材料。超高分子量聚乙烯纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，能够有效吸收和消减撞击能量。

进一步，吸能体还包括吸能层，吸能层内侧壁包围于桥墩外壁四周，吸能层外侧壁与防撞层内侧壁连接。吸能层能够吸收没有被防撞层完全吸收和消减的撞击能量，进一步保护桥墩的安全。

进一步，吸能层为陶粒混凝土覆层。陶粒自重轻且抗冲击性能良好，在受到撞击时会变形破碎，相邻陶粒之间有一定间隙，利用此间隙能够消耗一部分动能，因此利用陶粒混凝土覆层能够吸收没有被防撞层完全吸收和消减的撞击能量，减少撞击时桥墩承受的撞击力，减少桥梁的损坏。

总的说来，本发明具有如下优点：

由于防撞体与桥墩之间距离由防撞体中部向上和向下逐渐减小，防撞体为上下两端小中间大的结构，上防撞面和下防撞面的倾斜角度不同，因此车辆垂直于桥墩的撞击力可以分散为沿防撞体上防撞面、下防撞面、第一支撑架和第二支撑架的分力，从多方位分散出去，极大地分散了撞击力；在分散了大部分撞击力后，吸能体能吸收防撞体传递过来的剩余的撞击能量。相比于只有一个防撞面的防撞体，本发明显著地消减了桥墩承受的撞击力，有效地保护了受撞击的桥墩。

本发明可以改善传统桥墩防撞装置的抗冲击性能和吸能效果，减少了占地空间，装置轻型，同时便于安装，所用材料具有耐久性、耐磨性、耐腐蚀性和经济性。

附图说明

图1为本发明桩柱式桥墩防撞装置的结构示意图。

图2为本发明桩柱式桥墩防撞装置另一视角的结构示意图。

其中图1～图2中包括有：

1——桥墩；

2——吸能层；

3——防撞层；

4——吸能材料；

5——防撞体、51——外圈、51a——上防撞面、51b——下防撞面、

52——缓冲板、53——内圈；

61——第一支撑架、62——第二支撑架。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

如图1、图2所示，桩柱式桥墩防撞装置，包括吸能体、防撞体5、第一支撑架61组和第二支撑架62组；吸能体包围于桥墩1外壁四周，防撞体5套置于吸能体外，防撞体5与桥墩1之间距离由防撞体5中部向上和向下逐渐减小，从而在防撞体5外周壁的上部和下部分别形成上防撞面51a和下防撞面51b；第一支撑架61组和第二支撑架62组分别包括若干布置于吸能体与防撞体5之间的第一支撑架61和第二支撑架62，第一支撑架61两端分别抵接于防撞体5上部内侧壁和吸能体，第二支撑架62两端分别抵接于防撞体5下部内侧壁和吸能体。由于防撞体5与桥墩1之间距离由防撞体5中部向上和向下逐渐减小，防撞体5为上下两端小中间大的结构，上防撞面51a和下防撞面51b的倾斜角度不同，因此车辆垂直于桥墩1的撞击力可以分散为沿防撞体5上防撞面51a、下防撞面51b、第一支撑架61和第二支撑架62的分力，从多方位分散出去，极大地分散了撞击力；在分散了大部分撞击力后，吸能体能吸收防撞体5传递过来的剩余的撞击能量。相比于只有一个防撞面的防撞体5，本发明显著地消减了桥墩1承受的撞击力，有效地保护了受撞击的桥墩1。

第一支撑架61一端抵接于吸能体上部，第二支撑架62一端抵接于吸能体下部。采用这种结构后，第一支撑架61将撞击能量传递到吸能体上部，第二支撑架62将撞击能量传递到吸能体下部，撞击能量在吸能体上分布更均匀，有利于吸能体更好吸收撞击能量，更好地保护受撞击的桥墩1。

第一支撑架61另一端垂直抵接于防撞体5上部内侧壁，第二支撑架62另一端垂直抵接于防撞体5下部内侧壁。采用这种结构后，第一支撑架61和第二支撑架62能更好地将防撞体5承受的撞击能量传递到吸能体上，以进行能量吸收和消减。第一支撑架61、第二支撑架62和防撞体5纵向截面大致呈菱形结构，受强烈撞击时上防撞面51a和第一支撑架61往上形变，下防撞面51b和第二支撑架62往下形变，从而有效消减撞击能量。

上防撞面51a和下防撞面51b上下对称设置。采用这种结构后，防撞体5整体匀称，防撞性能更好。

上防撞面51a和下防撞面51b均为锥面。采用这种结构后，防撞体5为双锥形结构，结构更加稳固。受撞击时防撞体5的上防撞面51a和下防撞面51b分散撞击能量更迅速。

防撞体5包括内圈53、外圈51和若干缓冲板52，外圈51套接在内圈53外，缓冲板52两端分别连接于内圈53和外圈51，外圈51为玻璃钢筒体，内圈53为橡胶混凝土筒体，缓冲板52为钢板缓冲板52，第一支撑架61为工字钢，第二支撑架62为工字钢，第一支撑架61另一端和第二支撑架62另一端均抵接于内圈53侧壁。采用这种结构后，防撞体5具有较高强度，作为第一防撞关卡，起到最直接的防撞效果。相比于水泥混凝土筒体或金属筒体，橡胶混凝土筒体的抗裂性能更好、能量吸收更多、韧性更高、变形能力更大，因此防撞效果更佳。

吸能体包括防撞层3，防撞层3包围于桥墩1外壁四周，防撞层3内设有密集排列的正六边形模块，正六边形模块与桥墩1轴向平行设置，正六边形模块里面填充有吸能材料4，第一支撑架61一端抵接于防撞层3上部外侧壁，第二支撑架62一端抵接于防撞层3下部外侧壁。防撞层3由钢制成，能有效地约束桥墩1，提高桥墩1强度和刚度，间接提高桥墩1的防撞效果。正六边形模块的结构比较稳定，在受撞击时，可以有效转化撞击能量，使撞击能量转化为正六边形模块的形变，以大幅消减撞击能量，吸能材料4能吸收剩余的撞击能量。正六边形模块与桥墩1轴向平行设置，在受撞击时，正六边形模块在纵向上具有更多的形变空间，能够消减更多撞击能量。

吸能材料4为超高分子量聚乙烯纤维材料。超高分子量聚乙烯纤维又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维，能够有效吸收和消减撞击能量。

其中吸能体包含吸能层2和防撞层3，吸能层2内侧壁包围于桥墩1外壁四周，吸能层2外侧壁与防撞层3内侧壁连接。吸能层2能够吸收没有被防撞层3完全吸收和消减的撞击能量，进一步保护桥墩1的安全。

吸能层2为陶粒混凝土覆层。陶粒自重轻且抗冲击性能良好，在受到撞击时会变形破碎，相邻陶粒之间有一定间隙，利用此间隙能够消耗一部分动能，因此利用陶粒混凝土覆层能够吸收没有被防撞层3完全吸收和消减的撞击能量，减少撞击时桥墩1承受的撞击力，减少桥梁的损坏。

本发明的工作原理：

当车辆撞击在防撞体5上时，撞击力沿防撞体5上防撞面51a、下防撞面51b、第一支撑架61和第二支撑架62分散出去，从而分散了大部分撞击力。第一支撑架61、第二支撑架62和防撞体5纵向截面大致呈菱形结构，受强烈撞击时上防撞面51a和第一支撑架61往上形变，下防撞面51b和第二支撑架62往下形变，从而有效消减撞击能量。在防撞体5以及第一支撑架61和第二支撑架62分散了大部分撞击能量后，剩余的撞击能量通过第一支撑架61与第二支撑架62传递到防撞层3，防撞层3内的吸能材料4吸收和耗散部分撞击能量，最后剩余的小部分撞击能量传递到吸能层2，陶粒混凝土覆层受到撞击后变形破碎，有效吸收剩余的小部分撞击能量，最大限度减少撞击时桥墩1承受的撞击力，减少桥梁的损坏。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：包括吸能体、防撞体、第一支撑架组和第二支撑架组；吸能体包围于桥墩外壁四周，防撞体套置于吸能体外，防撞体与桥墩之间距离由防撞体中部向上和向下逐渐减小，从而在防撞体外周壁的上部和下部分别形成上防撞面和下防撞面；第一支撑架组和第二支撑架组分别包括若干布置于吸能体与防撞体之间的第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架两端分别抵接于防撞体上部内侧壁和吸能体，第二支撑架两端分别抵接于防撞体下部内侧壁和吸能体。

2.按照权利要求1所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：第一支撑架一端抵接于吸能体上部，第二支撑架一端抵接于吸能体下部。

3.按照权利要求2所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：第一支撑架另一端垂直抵接于防撞体上部内侧壁，第二支撑架另一端垂直抵接于防撞体下部内侧壁。

4.按照权利要求1所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：上防撞面和下防撞面上下对称设置。

5.按照权利要求4所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：上防撞面和下防撞面均为锥面。

6.按照权利要求1所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：防撞体包括内圈、外圈和若干缓冲板，外圈套接在内圈外，缓冲板两端分别连接于内圈和外圈，外圈为玻璃钢筒体，内圈为橡胶混凝土筒体，缓冲板为钢板缓冲板，第一支撑架另一端和第二支撑架另一端均抵接于内圈侧壁。

7.按照权利要求1所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：吸能体包括防撞层，防撞层包围于桥墩外壁四周，防撞层内设有密集排列的正六边形模块，正六边形模块与桥墩轴向平行设置，正六边形模块里面填充有吸能材料，第一支撑架一端抵接于防撞层上部外侧壁，第二支撑架一端抵接于防撞层下部外侧壁。

8.按照权利要求7所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：吸能材料为超高分子量聚乙烯纤维材料。

9.按照权利要求7所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：吸能体还包括吸能层，吸能层内侧壁包围于桥墩外壁四周，吸能层外侧壁与防撞层内侧壁连接。

10.按照权利要求9所述的桩柱式桥墩防撞装置，其特征在于：吸能层为陶粒混凝土覆层。