CN111472264A - 一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置 - Google Patents

一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置，包括由内向外依次包覆在桥墩外部的抗冲击层、缓冲层和保护层，所述抗冲击层包括包覆在桥墩外侧表面的超高分子量聚乙烯纤维，所述缓冲层包括由一系列六边形孔格组成的玻璃钢蜂窝以及填充在玻璃钢蜂窝内部的泡沫铝，所述保护层为钢加筋板，所述钢加筋板包括锯齿状钢面板，所述钢面板在桥墩的轴向呈锯齿状延伸。本发明采取了分级设防的措施，即由外侧的锯齿状钢加筋板改变迎爆角度避免正面迎爆减小爆炸冲击波，抵挡爆炸物的飞溅，从而保护桥墩减轻爆炸对桥墩造成的损伤，由第二层的缓冲层耗能进而减轻爆炸对桥墩的损伤，由内侧的超高分子量聚乙烯纤维进一步增加桥墩刚度，能够有效抵抗爆炸冲击波。

Description

一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置。
背景技术
桥梁作为交通咽喉，一旦遭受爆炸，将会产生严重损失。桥墩作为主要受力构件，承受了上部结构的恒载以及地震力、冲击等引起的水平荷载。在桥梁结构的爆炸响应中，桥墩对爆炸冲击的敏感性较大。为了降低爆炸造成的影响，减小爆炸造成的损失，对一些有特殊要求及战略意义的桥墩安装抗爆装置是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效减少桥墩由于爆炸而产生损害的用于桥墩的组合式抗爆防护装置。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置，包括由内向外依次包覆在桥墩外部的抗冲击层、缓冲层和保护层，所述抗冲击层包括包覆在桥墩外侧表面的超高分子量聚乙烯纤维，所述缓冲层包括由一系列六边形孔格组成的玻璃钢蜂窝以及填充在玻璃钢蜂窝内部的泡沫铝，所述保护层为钢加筋板，所述钢加筋板包括锯齿状钢面板，所述钢面板在桥墩的轴向呈锯齿状延伸。
进一步地，所述钢加筋板还包括多根钢加筋板钢条，多根钢加筋板钢条焊接在所述钢面板的内表面并且其延伸方向与桥墩的轴向平行。
进一步地，所述钢面板的顶部和底部分别包覆有一钢套箍，所述钢套箍的截面为L形，位于钢面板顶部的钢套箍与桥墩轴线平行的一面包覆于所述钢面板的外侧面、与桥墩轴线垂直的一面延伸至桥墩外侧面并包覆所述钢面板的顶端，位于钢面板底部的钢套箍与桥墩轴线平行的一面包覆于所述钢面板的外侧面、与桥墩轴线垂直的一面延伸至桥墩外侧面并包覆所述钢面板的底端。
进一步地，所述钢套箍由两个半圆形钢条组成，在两个半圆形钢条的对接面通过螺栓连接箍紧。
进一步地，玻璃钢蜂窝与泡沫铝的连接方式为粘接，玻璃钢蜂窝与钢加筋板的连接方式为粘接，所述超高分子量聚乙烯纤维通过环氧树脂粘贴包覆在桥墩的外侧表面。
进一步地，所述玻璃钢内部孔格的截面为六边形，泡沫铝采用屈服强度51Mpa的纯铝制成，泡孔大小为1mm，相对密度为0.6，孔隙率为70％。
进一步地，所述超高分子量聚乙烯纤维的厚度为3mm，材料延伸率为3.5％，密度为0.98g/cm3，强度为4N/tex。
进一步地，所述钢面板采用厚度为10mm的热轧Q345R钢材，钢加筋板钢条的横截面为圆形或正方形，直径或边长尺寸为15mm—20mm。
进一步地，所述锯齿状钢面板的锯齿夹角为120°。
进一步地，所述装置自桥墩底面安装，安装高度为2m—2.5m。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)针对有可能发生的桥墩受爆炸作用，本发明采取了分级设防的措施，即由外侧的锯齿状钢加筋板改变迎爆角度避免正面迎爆减小爆炸冲击波，抵挡爆炸物的飞溅，从而保护桥墩减轻爆炸对桥墩造成的损伤，由第二层的缓冲层耗能进而减轻爆炸对桥墩的损伤，由内侧的超高分子量聚乙烯纤维进一步增加桥墩刚度，能够有效抵抗爆炸冲击波并减少爆炸作用使桥墩产生裂缝；
(2)本发明选用泡沫铝-玻璃钢蜂窝材料作为主要耗能材料，泡沫铝-玻璃钢蜂窝材料具有结构简单、抗疲劳性能好、刚度大、强度高、减震缓冲性能好、制造方便等优点，非常适于作为保护桥墩的材料；
(3)钢加筋板和泡沫铝—玻璃钢蜂窝组合部件易于更换、便于修复，本发明结构简单，易于拆装，对轻微或者局部损伤，可以仅更换外部部分复合板材来进行修复，从而降低维护成本。
附图说明
图1是本发明用于桥墩的组合式抗爆防护装置的立体结构示意图。
图2是本发明用于桥墩的组合式抗爆防护装置的纵向剖视图。
图3是本发明用于桥墩的组合式抗爆防护装置的横向剖视图。
图4是部分玻璃钢蜂窝—泡沫铝材料示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
结合图1-3，一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置，包括由内向外依次包覆在桥墩7外部的抗冲击层、缓冲层和保护层，所述抗冲击层包括包覆在桥墩7外侧表面的超高分子量聚乙烯纤维4，所述缓冲层包括由一系列六边形孔格组成的玻璃钢蜂窝8以及填充在玻璃钢内部的泡沫铝3，所述保护层为钢加筋板，所述钢加筋板包括锯齿状钢面板1，所述钢面板1在桥墩7的轴向呈锯齿状延伸。
优选地，所述钢加筋板还包括多根钢加筋板钢条2，多根钢加筋板钢条2焊接在所述钢面板1的内表面并且其延伸方向与桥墩7的轴向平行，所述钢面板1的顶部和底部分别包覆有一钢套箍9，所述钢套箍9的截面为L形，位于钢面板1顶部的钢套箍9与桥墩7轴线平行的一面包覆于所述钢面板1的外侧面、与桥墩7轴线垂直的一面延伸至桥墩7外侧面并包覆所述钢面板1的顶端，位于钢面板1底部的钢套箍9与桥墩7轴线平行的一面包覆于所述钢面板1的外侧面、与桥墩7轴线垂直的一面延伸至桥墩7外侧面并包覆所述钢面板1的底端，所述钢套箍9由两个半圆形钢条组成，在两个半圆形钢条的对接面通过螺栓10连接箍紧，钢加筋板钢条2绕钢面板1作圆周阵列，每15o设置一根钢条2，每块板均匀布设3根钢条2。
具体地，玻璃钢蜂窝8与泡沫铝3的连接方式为粘接，玻璃钢蜂窝8与钢加筋板的连接方式为粘接，所述超高分子量聚乙烯纤维4通过环氧树脂6粘贴包覆在桥墩7的外侧表面，图3中的5为接缝。
具体地，所述桥墩缓冲层的玻璃钢蜂窝8、泡沫铝3共同组成的玻璃钢蜂窝-泡沫铝夹层，具有良好的吸能能力，采用这样的结构设置，可以有效地起到缓冲、耗能、保护的作用。
钢加筋板与超高分子量聚乙烯纤维材料4分别构成保护层和抗冲击层。当爆炸发生时时，锯齿状钢加筋板改变迎爆角度避免正面冲击，阻挡爆炸飞溅物，超高分子量聚乙烯纤维4，提高桥墩刚度，减少桥墩产生的裂缝，从而减小爆炸对桥墩所产生的破坏。
本发明主要应用于有桥梁但缺少桥梁防护措施的城市道路上。根据我国规范，爆炸作用点高度为距地面1.2m。因此，作为桥墩7的防护结构，其高度不能低于1.5m。为确保桥墩7更加安全，本发明采用其高度不低于2m。
作为优选方案，所述超高分子量聚乙烯纤维4包覆高度为2.5m，厚度为3mm，材料延伸率为3.5％，密度为0.98g/cm3，强度为4N/tex，使用环氧树脂6粘贴在桥墩表面。
作为优选方案，所述钢面板1采用厚度为10mm的热轧Q345R钢材，钢加筋板钢条2的横截面为圆形或正方形，直径或边长尺寸为15mm—20mm，选用HRB400钢筋，面板的锯齿结构夹角为120°，单面锯齿长为20cm，所述钢面板1的高度为2.5m，自桥墩底面安装，面板两端平行于桥墩各留出10cm的长度用于安装钢套箍9来加固。
作为优选方案，缓冲层高度为2.5m，自桥墩底面安装，缓冲层中泡沫铝3采用屈服强度51Mpa的纯铝制成，泡孔大小为1mm，相对密度为0.6，孔隙率为70％，将成型的泡沫铝进一步加工为六边形，压入玻璃钢蜂窝8空隙中，所述玻璃钢蜂窝材料8厚度为2mm，六边形蜂窝边长为2cm，蜂窝板材总厚度为15cm。
作为优选方案，所述钢加筋板，玻璃钢蜂窝8和泡沫铝3为预制的一体复合板，根据桥墩直径每90°为一份，平均分为四份包覆在超高分子量纤维面层4外侧。
作为优选方案，所述钢套箍9为厚度5mm的热轧Q345R钢材，钢套箍9横截面为L型，平行于桥墩的面主要用于固定组合式的复合板，垂直于桥墩的面用于覆盖及保护装置端部暴露出来的材料，钢套箍9的连接处都有向外突出的钢板用于螺栓10进行连接加固。
本发明为组合式保护装置，该装置将桥墩抗爆与冲击保护两种功能相结合。装置外侧设置的钢加筋板起到增加桥墩刚度，改变迎爆角度削弱爆炸冲击波，保护桥墩及装置内部不受爆炸飞溅物损害的作用，装置内部设置的缓冲层起到吸收消耗冲击波、保护桥墩的作用；设置在桥墩表面的超高分子量聚乙烯纤维起到增强桥墩抗爆性能，提高桥墩刚度，减少爆炸产生的裂缝的作用。其次，在材料的使用上，本发明所述的缓冲层为泡沫铝-玻璃钢蜂窝缓冲层，这种泡沫铝-玻璃钢蜂窝夹层结构体系是在各个玻璃钢蜂窝之间放入泡沫铝，由弹性体芯材与玻璃钢蜂窝内表层牢固粘接而形成复合结构，其骨架为玻璃钢蜂窝，厚度相对薄，内部填充为泡沫铝材料，厚度相对较大。玻璃钢蜂窝骨架的作用是提高板材的抗压性能，抗冲击能力。泡沫铝材料的主要作用是耗能吸能，并且由于其密度小在保证强度的情况下减轻质量。
当爆炸发生时，爆炸冲击波将先接触到保护层，锯齿状的保护层折射冲击波避免正面冲击，然后发生变形并消耗一部分冲击波能量，并将其余能量传递给缓冲层。当冲击波由保护层传递至缓冲层后，缓冲层将通过自身的变形来吸收能量，并延长冲击波到达桥墩的时间，由于是反复在不同的介质中传递，使得冲击波能量消耗更快，使冲击波峰值得以降低，从而减轻爆炸冲击波对桥墩的损伤。最后冲击波由缓冲层传递至抗冲击层，抗冲击层吸收剩余的能量，使到达桥墩表面的能量减小到最少，并且减少桥墩由于爆炸而产生的损害。该装置既能保障柱的整体结构强度，抵抗爆炸冲击破坏，又能有效的消耗吸收冲击波能量，同时可以满足新建抗爆墩柱和在原有墩柱的基础上增设防爆结构的双重要求，并且安装简单，更换维修便捷。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，包括由内向外依次包覆在桥墩(7)外部的抗冲击层、缓冲层和保护层，所述抗冲击层包括包覆在桥墩(7)外侧表面的超高分子量聚乙烯纤维(4)，所述缓冲层包括由一系列六边形孔格组成的玻璃钢蜂窝(8)以及填充在玻璃钢蜂窝内部的泡沫铝(3)，所述保护层为钢加筋板，所述钢加筋板包括锯齿状钢面板(1)，所述钢面板(1)在桥墩(7)的轴向呈锯齿状延伸。
2.根据权利要求1所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述钢加筋板还包括多根钢加筋板钢条(2)，多根钢加筋板钢条(2)焊接在所述钢面板(1)的内表面并且其延伸方向与桥墩(7)的轴向平行。
3.根据权利要求1或2所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述钢面板(1)的顶部和底部分别包覆有一钢套箍(9)，所述钢套箍(9)的截面为L形，位于钢面板(1)顶部的钢套箍(9)与桥墩(7)轴线平行的一面包覆于所述钢面板(1)的外侧面、与桥墩(7)轴线垂直的一面延伸至桥墩(7)外侧面并包覆所述钢面板(1)的顶端，位于钢面板(1)底部的钢套箍(9)与桥墩(7)轴线平行的一面包覆于所述钢面板(1)的外侧面、与桥墩(7)轴线垂直的一面延伸至桥墩(7)外侧面并包覆所述钢面板(1)的底端。
4.根据权利要求3所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述钢套箍(9)由两个半圆形钢条组成，在两个半圆形钢条的对接面通过螺栓(10)连接箍紧。
5.根据权利要求1或2所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，玻璃钢蜂窝(8)与泡沫铝(3)的连接方式为粘接，玻璃钢蜂窝(8)与钢加筋板的连接方式为粘接，所述超高分子量聚乙烯纤维(4)通过环氧树脂(6)粘贴包覆在桥墩(7)的外侧表面。
6.根据权利要求1所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述玻璃钢蜂窝内部孔格的截面为六边形，泡沫铝(3)采用屈服强度51Mpa的纯铝制成，泡孔大小为1mm，相对密度为0.6，孔隙率为70％。
7.根据权利要求1所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯纤维(4)的厚度为3mm，材料延伸率为3.5％，密度为0.98g/cm3，强度为4N/tex。
8.根据权利要求2所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述钢面板(1)采用厚度为10mm的热轧Q345R钢材，钢加筋板钢条(2)的横截面为圆形或正方形，直径或边长尺寸为15mm—20mm。
9.根据权利要求1所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述锯齿状钢面板(1)的锯齿夹角为120°。
10.根据权利要求1所述的用于桥墩的组合式抗爆防护装置，其特征在于，所述装置自桥墩(7)底面安装，安装高度为2m—2.5m。
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