CN110777645A - 一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2‑4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，各防撞护片相互独立，可自由运输、安装、拆除和更换，便于车船撞击后的维修更换。防撞护片内部填充有负泊松比腔体模块，不仅具备腔体结构初始刚度小的优势；同时具备负泊松比结构特殊的力学性能，在受到车船撞击发生纵向压缩的同时也会发生横向收缩，使得腔体结构向受冲击区域汇集，局部密度和侧向刚度增大，能有效提高阻尼力和吸能效果。该护筒具备初始刚度小，受压强化，高承载、高耗能等良好效果。此外，通过负泊松比腔体模块承压板的变厚度设计，能够实现梯度耗能和梯度刚度，对不同冲击能量下的车船撞击均具有良好的缓冲适应性。

Description

一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒
技术领域
本发明涉及一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，属于桥梁结构车船防撞减灾领域。
背景技术
近年来国民经济的高速增长，船舶、车辆等交通工具越来越多，其外观尺寸和通行密度也不断增大，加之外界环境的恶劣变化以及酒驾、疲劳驾驶等主观因素，经常会发生车船等撞击桥梁墩台的事故，不仅影响桥梁的使用安全和寿命，威胁车船安全，甚至会引发重大灾难性事故。因此，有必要采取有效措施来避免桥梁墩台的车船撞击或减小车船撞击造成的破坏。
目前，桥梁的车船撞击防治主要包括以下两个方面：一方面通过拓宽桥梁墩台之间的间距，减小因拥堵或狭小而发生碰撞的概率；另一方面通过桥梁桥墩上设置防撞装置，降低车船撞击时造成的危害。对于后者，目前常用的防撞装置有以弹性变形吸能的橡胶护舷方式和拉绳方式，以塑性变形吸能的木结构防护、钢筋混凝土结构和钢套箱，以及以动势能转换耗能的变位重力式防护装置等。不同的装置各有其特点，比如橡胶护舷受撞时位移大，但能量吸收小；混凝土结构防护和钢套箱通过塑性形变消耗冲击动能，但其刚度大，碰撞瞬间会发生较大碰撞力。理想的桥梁桥墩防撞装置应具有低刚度、高耗能特征、高承载、便于维修和更换等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，能够有效的解决上述问题，具体技术方案如下：
一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，防撞护筒内柱面根据桥墩外形设计成圆柱面、方柱面或圆端面，并能够与桥墩较好的贴合，防撞护筒外柱面为圆柱面、圆端面、椭圆柱面或船型柱面；所述的防撞护片，其外壳由顶板、底板、侧板、内面板和外面板通过焊接而成，侧板内边缘沿高度焊接有间断的插梢孔，防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，负泊松比腔体模块与桥墩同中心线呈辐射状分布。
进一步地，所述的负泊松比腔体模块，其单体是一种由两块承压板和两块连接板构成的内凹六边形蜂窝结构；承压板为具有一定角度内凹的薄板，两承压板轴对称布置，两端通过连接板连接，构成单个内凹六边形蜂窝腔体结构。
进一步地，所述的负泊松比腔体模块为多层布置，承压板在各层之间为连续分布的锯齿状连续薄板，相邻承压板以两者中线为轴呈对称分布；连接板分别在锯齿齿谷处将相邻承压板连接成层状结构。
进一步地，所述的负泊松比腔体模块层数为2-8层，具体根据抗撞要求进行确定，层数越多，装置的防撞耗能性越好、安全系数越高。
进一步地，所述的多层负泊松比腔体模块，其连续锯齿状承压板为变厚度薄板，靠近防撞护片内面板的承压板较薄，靠近防撞护片外面板的承压板较厚，防撞护片的外面板相比其他板件厚度略厚。
进一步地，所述负泊松比腔体模块内部空腔可进一步填充耗能内芯，耗能内芯可为多孔轻骨料混凝土、金属泡沫以及橡胶等。
进一步地，所述梢杆系统由螺梢杆、梢管和螺梢帽组成，每个防撞护片设有4-8个梢管，依次间隔、平齐焊接在防撞护片两侧板内边缘；螺梢帽内孔设有丝头，数量为1个，其焊接在每个防撞护片一侧板内边缘底部；螺梢杆为与防撞护片齐高、带螺帽和端丝头的长杆，其杆径等于或略小于梢管内径，螺梢杆端丝头与螺梢帽相匹配，两者能够拧紧固定。
进一步地，所述防撞护片、螺梢杆以及负泊松比腔体模块采用相同或不同材质制造，材质优先选用低屈服钢材、不锈钢、合金材料、高强度橡胶板以及纤维板材。
进一步地，所述防撞护片外壳密封防水，能够浮在水面上并随着水位升降移动，该防撞护片可用于水中和陆地上桥梁桥墩的防撞保护。
本发明的有益效果：首先，该护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，各防撞护片相互独立，可自由运输、安装、拆除和更换，非常便于车船撞击后对防撞护筒的维修更换。其次，各防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，不仅具备腔体结构初始刚度小的优势，能有效降低车船撞击力；同时具备负泊松比结构特殊的力学性能，在受到车船撞击发生纵向压缩的同时也会发生横向收缩，使得腔体结构向受冲击区域汇集，局部密度和侧向刚度增大，进而有效提高阻尼力和吸能效果，尤其是在负泊松比腔体模块中进一步填充耗能内芯后，能进一步提高其耗能效果。该防撞护片具有初始刚度小，同时能够受压逐渐强化，具备高承载、高耗能等良好的缓冲效果，能有效保护桥梁结构和车船安全。此外，通过负泊松比腔体模块承压板的变厚度设计，能够实现梯度耗能和梯度刚度，对不同冲击能量下的车船撞击均具有良好的缓冲适应性。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明中桥墩防撞护筒在桥墩上的安装示意图；
图2为本发明中桥墩防撞护筒的组合和拆分示意图；
图3为本发明中防撞护片分解示意图；
图4为本发明中桥墩防撞护筒受力分析对比图；
图5为本发明中桥墩防撞护筒多样式平面图。
附图标记：1防撞护片；1.1外面板；1.2内面板；1.3顶板；1.4底板；1.5侧板；1.6负泊松比腔体模块承压板；1.7负泊松比腔体模块连接板；2梢杆系统；2.1螺梢杆；2.2梢管；2.3螺梢帽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。对所叙述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，故并非用以限制本发明所欲保护之范畴，合先叙明。
结合参考图1至图5所示，其显示本专利的第一较佳实施例，一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，同时具备腔体结构低初始刚度和负泊松比结构受压强化、高承载和高耗能等特征。
本实施例设计方案具体如以下：
一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2-4个防撞护片1通过梢杆系统2连接而成的环柱状结构，防撞护筒内柱面根据桥墩外形设计成圆柱面、方柱面或圆端面，并能够与桥墩较好的贴合，防撞护筒外柱面为圆柱面、圆端面、椭圆柱面或船型柱面；所述的防撞护片1，其外壳由外面板1.1、内面板1.2、顶板1.3、底板1.4和侧板1.5通过焊接而成，侧板内边缘沿高度焊接有间断的插梢孔，防撞护片1内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，负泊松比腔体模块与桥墩同中心线呈辐射状分布。
所述的负泊松比腔体模块，其单体是一种由两块承压板1.6和两块连接板1.7构成的内凹六边形蜂窝结构；承压板1.6为具有一定角度内凹的薄板，两承压板1.6轴对称布置，两端通过连接板1.7连接，构成单个内凹六边形蜂窝腔体结构。
所述的负泊松比腔体模块为多层布置，承压板1.6在各层之间为连续分布的锯齿状连续薄板，相邻承压板1.6以两者中线为轴呈对称分布；连接板1.7分别在锯齿齿谷处将相邻承压板1.6连接成层状结构。
所述的负泊松比腔体模块层数为2-8层，具体根据抗撞要求进行确定，层数越多，装置的防撞耗能性越好、安全系数越高。
所述的多层负泊松比腔体模块，其连续锯齿状承压板1.6为变厚度薄板，靠近防撞护片1内面板的承压板1.6较薄，靠近防撞护片1外面板的承压板1.6较厚，防撞护片1的外面板相比其他板件厚度略厚。
所述的负泊松比腔体模块内部空腔可进一步填充耗能内芯，耗能内芯可为多孔轻骨料混凝土、金属泡沫以及橡胶等。
所述的梢杆系统2由螺梢杆2.1、梢管2.2和螺梢帽2.3组成，每个防撞护片1设有4-8个梢管2.2，依次间隔、平齐焊接在防撞护片1的两侧板内边缘；螺梢帽2.3内孔设有丝头，数量为1个，其焊接在每个防撞护片1一侧板内边缘底部；螺梢杆2.1为与防撞护片1齐高、带螺帽和端丝头的长杆，其杆径等于或略小于梢管2.2内径，螺梢杆2.1端丝头与螺梢帽2.3相匹配，两者能够拧紧固定。安装时，调整适当位置，使相邻防撞护片1的梢管2.2内孔对齐，然后用螺梢杆2.1依次插入梢管2.2内，并拧紧固定于螺梢帽2.3中，将防撞护片1连接成组装。
所述的防撞护片1、螺梢杆2.1以及负泊松比腔体模块采用相同或不同材质制造，材质优先选用低屈服钢材、不锈钢、合金材料、高强度橡胶板以及纤维板材。
所述的防撞护片1外壳密封防水，能够浮在水面上并随着水位升降移动，该防撞护片1可用于水中和陆地上桥梁桥墩的防撞保护。
申请人声明，所述技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某步骤，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些步骤的其他实施方式。
上述实施例中，提出一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，同时具备腔体结构低初始刚度和负泊松比结构受压强化、高承载和高耗能等特征。同时各防撞护片通过梢杆系统连接，可独立运输、安装、拆除和更换，非常便于车船撞击后对防撞护筒的维修更换。
技术原理：本发明所提供的一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，其实质是由防撞护片1内部填充负泊松比腔体模块和耗能内芯的结构。首先，该护筒是由2-4个防撞护片1通过侧板内边缘设置焊接有间断的插梢孔，使用梢杆系统2固定而连接成的环柱状结构，各防撞护片1相互独立，可自由运输、安装、拆除和更换，非常便于车船撞击后对防撞护筒的维修更换；同时该护筒兼用于水陆上桥墩防撞，其当运用于水上桥墩防撞由于防撞护片1外壳密封防水，能够浮在水面上并随着水位升降移动，避免了水位的升降低于或没过防撞护筒而使得起不到防护作用。其次，各防撞护片1内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，不仅具备腔体结构初始刚度小的优势，能有效降低车船撞击力和损坏程度，使得人、车船以及桥墩有利安全保障；同时具备负泊松比结构特殊的力学性能，因传统防撞装置上受到车船撞击发生纵向压缩同时会发生横向扩散，出现明显撞击位置内凹两边凸起的现象，然而本发明在受到车船撞击发生纵向压缩的同时也会发生横向收缩，使得腔体结构向受冲击区域汇集，局部密度和侧向刚度增大，进而有效提高阻尼力和吸能效果，使得比传统防撞装置撞击变形更小，尤其是在负泊松比腔体模块中进一步填充耗能内芯后，能进一步提高其耗能效果，具有多级耗能的特征。此外，通过负泊松比腔体模块承压板1.6的变厚度设计，能够实现梯度耗能和梯度刚度，对不同冲击能量下的车船撞击均具有良好的缓冲适应性。因此，该防撞护片1具有初始刚度小，同时能够受压逐渐强化，具备高承载、高耗能等良好的缓冲效果。
根据本发明的技术原理，将该原理运用于其他形状的桥墩防撞护筒，例如防撞护筒内柱面根据桥墩外形设计成圆柱面、方柱面或圆端面，防撞护筒外柱面为圆柱面、椭圆柱面、圆端面或船型柱面，均可呈现上述同样的技术效果。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的装置结构及实现方法，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述结构及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，其特征在于，该防撞护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，防撞护筒内柱面根据桥墩外形设计成圆柱面、方柱面或圆端面，并能够与桥墩较好的贴合，防撞护筒外柱面为圆柱面、圆端面、椭圆柱面或船型柱面；所述的防撞护片，其外壳由顶板、底板、侧板、内面板和外面板通过焊接而成，侧板内边缘沿高度焊接有间断的插梢孔，防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，负泊松比腔体模块与桥墩同中心线呈辐射状分布。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的负泊松比腔体模块，其单体是一种由两块承压板和两块连接板构成的内凹六边形蜂窝结构；承压板为具有一定角度内凹的薄板，两承压板轴对称布置，两端通过连接板连接，构成单个内凹六边形蜂窝结构。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的负泊松比腔体模块为多层布置，承压板在各层之间为连续分布的锯齿状连续薄板，相邻承压板以两者中线为轴呈对称分布；连接板分别在锯齿齿谷处将相邻承压板连接成层状结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的负泊松比腔体模块层数为2-8层，具体根据抗撞要求进行确定，层数越多，装置的防撞耗能性越好、安全系数越高。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的多层负泊松比腔体模块，其连续锯齿状承压板为变厚度薄板，靠近防撞护片内面板的承压板较薄，靠近防撞护片外面板的承压板较厚，防撞护片的外面板相比其他板件厚度略厚。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负泊松比腔体模块内部空腔可进一步填充耗能内芯，耗能内芯可为多孔轻骨料混凝土、金属泡沫以及橡胶等。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述梢杆系统由螺梢杆、梢管和螺梢帽组成，每个防撞护片设有4-8个梢管，依次间隔、平齐焊接在防撞护片两侧板内边缘；螺梢帽内孔设有丝头，数量为1个，其焊接在每个防撞护片一侧板内边缘底部；螺梢杆为与防撞护片齐高、带螺帽和端丝头的长杆，其杆径等于或略小于梢管内径，螺梢杆端丝头与螺梢帽相匹配，两者能够拧紧固定。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防撞护片、螺梢杆以及负泊松比腔体模块采用相同或不同材质制造，材质优先选用低屈服钢材、不锈钢、合金材料、高强度橡胶板以及纤维板材。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述防撞护片外壳密封防水，能够浮在水面上并随着水位升降移动，该防撞护片可用于水中和陆地上桥梁桥墩的防撞保护。
10.根据上述权利要求1-9所述的装置，一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒制作需要求以上任一项所述。
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