CN111155420B - 一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置 - Google Patents

一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，包括依次包覆设在桥墩外侧的外层高强高耐久性复合材料板、内层钢板和吸能阻尼装置，吸能阻尼装置为折纸型结构，由包括间隙结构的多个折纸型结构单元组成。在内层钢板与吸能阻尼装置之间、外层高强高耐久性复合材料板与吸能阻尼装置之间以及吸能阻尼装置的复合材料之间均填充有粘滞流体吸能材料作为填充物。与传统桥墩防撞装置相比，本装置能够利用折纸型结构的吸能阻尼装置减轻桥墩和撞击物的损伤程度，保证桥墩和撞击物安全。解决了传统桥墩防撞装置对桥墩和撞击物损伤大的问题。

Description

一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置
技术领域
本发明涉及用于桥墩防撞技术领域，具体地说是一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置。
背景技术
随着水路交通的日益繁忙，跨水域大桥数量的增加，因船只超载，船只超高，人员控制船只失误和水流方向的诸多原因，所引发的撞击桥墩事故不仅造成国家财产的严重损失和人员伤亡，还给人们的水路和跨桥通行造成了麻烦；同时，由于公路跨线桥的桥墩一般设在公路中间和两侧，极易造成车辆撞击公路桥墩的事故，产生严重的经济损失和人员伤亡，也严重影响桥梁的安全性。因此，对桥墩的安全防护设计提出了迫切的需求。
目前，对于桥梁桥墩防护，只是对桥墩进行简单处理，这种简单处理方法是在桥墩周围设置桥墩防撞设施，目前一般采用独立防撞墩。但是，由于独立防撞墩是水泥砌筑的，水平刚度较有限，易遭受撞击而损坏，并且对船只和车辆造成的损伤会很大。因此，有关跨水域桥和跨线桥的桥墩吸能阻尼装置设计，越来越受到重视。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，该装置能够利用基于折纸结构的吸能阻尼装置减轻撞击对桥墩和撞击物的损伤程度。
本发明解决技术问题采用的技术方案是：
一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，包括依次包覆设在桥墩外侧的外层高强高耐久性复合材料板、内层钢板和吸能阻尼装置，吸能阻尼装置为折纸型结构，吸能阻尼装置固定在外层高强高耐久性复合材料板与内层钢板之间；
吸能阻尼装置为由复合材料通过特定折叠形成的立体折纸型结构，折纸型结构由多个折纸型结构单元环绕所述的内层钢板组合形成，当所述的防撞吸能装置受到外加的作用力时，所述的折纸型结构单元沿径向压缩，从而吸收能量，当外加作用力消除后，所述的折纸型结构单元利用自身具有的弹性，使结构复原。
进一步地，所述的折纸型结构单元还包括间隙结构，所述的间隙结构通过将所述折纸型结构单元的顶点向内翻折实现，进而增加折痕数目提升结构回弹性能，调整结构刚度。
进一步地，所述的折纸型结构单元在径向上也为多层结构。
进一步地，在内层钢板与吸能阻尼装置之间、外层高强高耐久性复合材料板与吸能阻尼装置之间以及吸能阻尼装置的复合材料之间均填充有填充物。
进一步地，填充物为粘滞流体吸能材料。
本发明的有益效果是，
(1)与传统的桥墩防撞装置相比，本装置利用基于折纸结构的吸能阻尼装置，减轻桥墩和撞击物的损伤程度，保障桥墩和撞击物的安全，解决了传统的桥墩防撞装置对撞击物损伤大的问题；
(2)本装置采用带有间隙结构的折纸结构，增加了折纸结构折叠方向上的折叠次数，从而使其刚度和弹力更大，吸能效果更好，比传统的采用弹簧或橡胶或简单的折纸结构性能更优；
(3)采用粘滞流体吸能材料作为填充物，具有非常显著的抗冲击强度。吸能阻尼装置能够较好的分散和吸收撞击的动能，减轻撞击损伤程度。
附图说明
图1为本发明的基于折纸结构桥墩防撞吸能装置和桥墩的结构示意图。
图2为图1中A处的吸能阻尼装置的折纸结构受力处于压缩状态。
图3为图2中A处的吸能阻尼装置的折纸结构受力消失后结构复原。
图4为图1中B处的多层折纸结构单元俯视图。
图5为图1中B处的多层折纸结构单元实物俯视图。
图6为折纸结构单元折痕示意图。
图7为折纸结构单元折痕实物图。
图中标号：1-外层高强高耐久性复合材料板；2-吸能阻尼装置；3-内层钢板；4-桥墩；21- 折纸型结构；22-粘滞流体吸能材料；211-折纸型结构单元；212-间隙结构。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的基于折纸结构桥墩防撞吸能装置包括外层高强高耐久性复合材料板1、阻尼吸能装置2、内层钢板3。吸能阻尼装置为折纸型结构21，在内层钢板与吸能阻尼装置之间、外层高强高耐久性复合材料板与吸能阻尼装置之间以及吸能阻尼装置的复合材料之间均填充有粘滞流体吸能材料22作为填充物。粘滞流体吸能材料22具有极强弹性，能够发生一定弹性形变，提高折纸型结构21的结构保持能力。粘滞流体吸能材料22作为填充物具有非常显著的抗冲击强度，吸能阻尼装置2能够较好的分散和吸收撞击的动能，减轻撞击损伤程度。吸能阻尼装置2为由复合材料通过特定折叠形成的立体折纸型结构，折纸型结构 21由多个折纸型结构单元211环绕所述的内层钢板组合形成。
如图2所示，折纸型结构单元211在径向上也为多层结构，当所述的防撞吸能装置受到外加的作用力时，所述的折纸型结构单元沿径向压缩，从而吸收能量；如图3所示，当外加作用力消除后，所述的折纸型结构单元211利用自身具有的弹性，使结构复原。折纸型结构保持能力好，具备吸能减震的效果，不容易溃散，同时，折纸型结构还具备轻质高强、几何形状容易调整，张力大等特点。
如图4与图5所示，所述折纸型结构单元211的复合材料折痕交汇处采用了新型的间隙结构212，在一个顶点处由四条不共面的折痕交汇。有益效果是：该折纸型结构简单，制作方便，形状容易调整，恢复能力好，使得吸能阻尼装置具备较好的吸能减震效果，不容易溃散，并且该结构具备轻质高强、张力大等特点，能够进一步吸收撞击产生的能量，减小撞击力所产生的的损伤，起到防撞作用。
如图6与图7所示，所述折纸型结构单元211的展开为二维多边形构型，由复合材料通过特定设计的折痕，沿着折痕进行山折和谷折，形成立体的折纸型结构单元211。所有相邻折痕所形成的的夹角在展开和折叠的过程中均保持不变。折痕两侧的平面所形成的二面角，在折叠和展开的过程中，二面角发生改变，当二面角为0°时，折纸型结构完全折叠，当二面角为180°时，所述结构完全展开。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，其特征在于，包括依次包覆设在桥墩外侧的外层高强高耐久性复合材料板、内层钢板和吸能阻尼装置，吸能阻尼装置为折纸型结构，吸能阻尼装置固定在外层高强高耐久性复合材料板与内层钢板之间；
吸能阻尼装置为由复合材料通过特定折叠形成的立体折纸型结构，折纸型结构由多个折纸型结构单元环绕所述的内层钢板组合形成，当所述的防撞吸能装置受到外加的作用力时，所述的折纸型结构单元沿径向压缩，从而吸收能量，当外加作用力消除后，所述的折纸型结构单元利用自身具有的弹性，使结构复原；所有相邻折痕所形成的夹角在展开和折叠的过程中均保持不变；折痕两侧的平面所形成的二面角，在折叠和展开的过程中，二面角发生改变，当二面角为0°时，折纸型结构完全折叠，当二面角为180°时，所述结构完全展开；
所述的折纸型结构单元还包括间隙结构，所述的间隙结构通过将所述折纸型结构单元的顶点向内翻折实现，进而增加折痕数目提升结构回弹性能，调整结构刚度；
所述的折纸型结构单元在径向上也为多层结构。
2.根据权利要求1所述的基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，其特征在于，在内层钢板与吸能阻尼装置之间、外层高强高耐久性复合材料板与吸能阻尼装置之间以及吸能阻尼装置的复合材料之间均填充有填充物。
3.根据权利要求2所述的基于折纸结构的桥墩防撞吸能装置，其特征在于，填充物为粘滞流体吸能材料。
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