CN112030719A - 一种节段拼装式防船撞装置单元及防船撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节段拼装式防船撞装置单元，所述防船撞装置单元为箱式结构，所述箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板和设于箱式结构内部的耗能内箱，所述保护外面板和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板。本发明还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述的防船撞装置单元，多个所述防船撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩或承台设置，或者多个所述防船撞装置单元间隔分布于桥墩或承台周围。本发明的节段拼装式防船撞装置具有施工简便、耗能效率高、耗能能力强、耗能模式稳定、传力路径明确、耐久性好、安全性高等优点，具有极大的使用价值和良好的经济效益，在深水桥梁防撞领域具有广阔的应用前景。

Description

一种节段拼装式防船撞装置单元及防船撞装置

技术领域

本发明属于桥梁附属设备领域，尤其涉及一种桥梁防船撞装置。

背景技术

在进行通航水域中的桥墩设计时，必须考虑船撞问题。否则，船舶撞击桥墩后，可能导致桥墩失效甚至上部桥梁结构倒塌，而一旦作为交通枢纽的桥梁发生事故，将造成巨大的经济损失和非常负面的社会影响，甚至可能会导致人员伤亡。在设计通航水域的桥墩时，若船舶碰撞的动力需求大于桥墩自身结构的抗撞能力时，需设置必要的防护装置减小桥墩在碰撞下发生破坏的风险。

现有与桥梁结构(尤其是桥墩、承台等)相连的防撞结构，大都采用传统的工程材料或 是使用单一的材料，如钢结构护舷、FRP柔性防撞浮箱等。传统的工程材料大都力学性能不 够突出，而单一材料组成的结构(包括新型材料组成的结构)往往也只是部分性能突出，而 其他性能相对较弱。

目前使用较为广泛的钢结构护舷，其主要是由竖向的外板、水平及竖向加劲等钢板或其 他钢构件通过焊接等组成；碰撞过程中主要依靠钢构件的变形耗散撞击的动能。然而，现有 的研究发现传统的钢结构护舷作为防船撞的措施有以下明显的不足：(1)由于外板厚度一般 比较薄，在碰撞过程中往往过早发生破坏，且外面板发生变形的区域集中在与船首先接触的 局部区域，使得内部参与变形耗能的钢构件非常有限，故耗能效率很低；(2)因内部耗能构 件主要是各向同性的格构式钢板，水平、竖直刚度接近，在碰撞下结构的失效模式难以控制， 无法准确的估计和设计结构的耗能能力；(3)钢结构在水面交界处时容易腐蚀，耐久性较差， 在桥梁的全寿命周期设计中甚至可能为易损构件；(4)船舶与钢结构护舷碰撞时易产生火花， 当船舶载有易燃、易爆货物时，发生碰撞后可能造成严重的火灾、爆炸等事故。虽然给钢结 构护舷增加水平加劲等措施可以在一定程度上增加外面板的刚度，但钢结构护舷存在的其他 缺陷始终无法解决。

另一种较为新型的防撞装置采用复合材料制成的FRP柔性防撞浮箱，FRP柔性防撞浮箱 存在以下缺陷：(1)FRP材料各项异性，垂直纤维方向的强度、弹性模量太低；(2)FRP的层间拉伸强度、层间剪切强度很低，多层FRP连接困难，(3)FRP材料的弹模小，约为钢的 1/20-1/2，需要依靠构件的几何刚度来弥补刚度的不足；(4)FRP材料的防火性能差，临界温度仅为300℃左右，尽管可通过添加阻燃剂改善，这使得本身价格就高昂的FRP更加不具经济性；(5)FRP柔性防撞浮箱的单元箱室的连接及箱壳、柱壳等一般需密贴接触，需要高精度制造保证产品的尺寸和结构质量，目前国内外还难以实现机械化的工艺成型，采用手糊工 艺成型则难以保证产品质量和精度，技术难度大。

综上所述，现有防护装置通常是由传统的工程材料或是较为单一材料组成，难以满足桥 梁防船撞装置的性能需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种传力路 径明确、耗能能力强、耐久性好的节段拼装式防船撞装置单元及防船撞装置。为解决上述技 术问题，本发明提出的技术方案为：

一种节段拼装式防船撞装置单元，所述防船撞装置单元为密封箱式结构，所述箱式结构 包括设于箱式结构外层的保护外面板和设于箱式结构内部的耗能内箱，所述保护外面板和耗 能内箱之间设有UHPC传力夹层板。

上述节段拼装式防船撞装置单元中，优选的，所述保护外面板为硅橡胶面板或FRP面板 或其他耐久性好的材料。优选的，保护外面板组成一个封闭结构，耗能内箱和UHPC传力夹 层板设于该封闭结构内部。

上述节段拼装式防船撞装置单元中，优选的，所述耗能内箱包括主要由金属构造板围成 的封闭内腔，所述封闭内腔中设有金属消能构件。金属消能构件主要是通过迎船撞方向的累 进压缩使得金属消能构件先后发生弹性弯曲变形和塑性塌陷，进而挤压金属消能构件，从而 实现耗能，金属消能构件与封闭内腔的金属壁可进行简单的焊接、连接件连接等操作。

上述节段拼装式防船撞装置单元中，优选的，所述金属消能构件包括多个胞元结构，所 述胞元结构为六边形管、圆形管或由金属波折板拼接组合而成蜂窝形状的金属构件，所述胞 元结构中填充有消能材料，所述胞元结构的长度方向垂直于船撞方向。上述金属波折板由金 属板(如铝板、钢板、不锈钢板等)预压弯折而成，上述金属管也可直接采用多个多边形或 圆形金属管(金属管的规格可不同)，胞元结构由多个金属管紧贴安置组成，相邻胞元之间可 以进行焊接、螺栓连接，也可以不连接。上述填充的消能材料可以为聚氨酯泡沫、金属泡沫、 泡沫混凝土等具备轻质、便于灌注等特点的材料。

本发明中，当碰撞发生后，金属消能构件在外层面板的压缩下，胞元结构逐步被压缩发 生变形，由于内置泡沫等消能材料，限制胞元结构的变形，使得胞元结构和消能材料得到进 一步的压密，当发生猛烈碰撞时，胞元结构作为耗能构件的骨架部分，可起到主要耗能的作 用，由于内部密填轻质材料，可使得胞元结构及内填消能材料等将出现连续压溃现象，这种 胞元结构作为骨架结合轻质耗能材料，二者协同作用，具有极大的耗能能力，可最大限度发 挥防撞装置的消能作用，从而起到保护船舶和桥梁结构的作用。另外，上述胞元结构因其作 为耗能部分的骨架，同样可起支撑内箱的作用，从而提高耗能内箱的面外刚度，满足耗能内 箱作为浇筑模板所需的结构刚度。

上述节段拼装式防船撞装置单元中，优选的，若保护外面板具有一定的刚度，如采用FRP 面板时，所述UHPC传力夹层板以保护外面板为外模板、以耗能内箱为内模板现浇而成；所 述保护外面板的内壁上设有用于使保护外面板与UHPC传力夹层板连接成一整体的第一预设 连接件，所述耗能内箱的外壁上设有用于使耗能内箱与UHPC传力夹层板连接成一整体的第 二预设连接件。若保护外面板为硅橡胶等刚度较小的材料，则建议单独设置浇筑UHPC传力 夹层板所需的外模板，待UHPC传力夹层板成型后，在其外侧密贴安装硅橡胶板。

本发明中，保护外面板设置为FRP面板时，其是由增强纤维材料(包括：玻璃纤维、碳 纤维、芳纶纤维等)与基体材料经过缠绕、模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，其中 的纤维材料，优选采用玻璃纤维和碳纤维。保护外面板设置为硅橡胶面板时，是指主链由硅 和氧原子交替构成，硅原子上通常连有两个有机基团的橡胶，其具有极其优越的耐腐蚀性、 耐候性，且利用硅橡胶的小刚度可降低结构发生碰撞的接触刚度。UHPC传力夹层板采用的 UHPC面板是由活性粉末混凝土或超高性能纤维增强混凝土浇筑而成的面板，当保护外面板 采用FRP面板时，UHPC传力夹层板内不配置钢筋；当保护外面板采用硅橡胶面板时，UHPC 传力夹层板需配置竖向钢筋和水平钢筋，以进一步提高传力结构的抗撞能力。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述的防 船撞装置单元，多个所述防船撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩或承台设置，或者多 个所述防船撞装置单元间隔分布于桥墩或承台周围。对于同一个桥墩或承台，上述节段拼装 式防船撞装置可以在不同高度设置多个。

上述节段拼装式防船撞装置中，优选的，所述保护外面板上设有多个D型橡胶护舷，所 述D型橡胶护舷包括空心D型外层橡胶，所述空心D型外层橡胶的内腔中设有空心D型内 层钢构件。上述D型橡胶护舷可以设置在与桥墩或承台相邻一侧的保护外面板上，也可以设 置在与船撞一侧的保护外面板上，更优选的，上述两种设置情形均采用。本发明在防船撞装 置与桥墩或承台之间设置的D型橡胶护舷，这种橡胶护舷的内侧增设了一层不锈钢板，传统 的橡胶护舷，因为其刚度相与船首、桥墩而言显得过小，碰撞分析中发现，作为改善套箱与 桥墩接触的传统橡胶护舷，在碰撞发生时，会产生初始拍击力现象，而本发明在空心D型外 层橡胶的内腔中增设一层空心D型内层钢构件(如钢板)，可明显减小初始拍击力。D型橡 胶护舷可水平设置，也可竖直设置。另外，本发明中采用D型橡胶护舷的特殊结构设计，其 与前述防船撞装置单元的功能梯度组合板相互配合关系好，在发生撞击时，此种D型橡胶护 舷的存在，可以进一步提高功能梯度组合板的抗冲击能力。

上述节段拼装式防船撞装置中，优选的，相邻所述防船撞装置单元的相邻端面中的一个 端面上设有至少一个凸榫，另一个端面上设有与所述凸榫相配合的至少一个凹槽，相邻所述 防船撞装置单元通过凸榫和凹槽连接成一整体。

上述节段拼装式防船撞装置中，优选的，所述凸榫上设有竖向通孔，所述凹槽的内壁中 也设有与所述凸榫位置对应且贯穿所述防船撞装置单元端面的竖向通孔，所述竖向通孔中设 有连接轴(如防腐销轴)。

上述节段拼装式防船撞装置中，优选的，所述防船撞装置单元的端部顶面设有连接耳， 相邻所述防船撞装置单元通过连接耳和连接螺栓连接成一整体。

本发明的防船撞装置单元根据空间位置关系，由外侧往内侧各层材料及其功能依次为保 护层–传力层–消能层，形成功能梯度组合消能构件。最外侧面板(保护外面板)为保护层， 可设置为硅橡胶、FRP(纤维增强复合材料)等耐久性好、构件刚度相对较小的材料，其通 过密封整个防撞装置而起到防腐蚀、提高耐久性的作用，更重要的是，因为其接触刚度较低， 还可大幅降低船舶撞击接触时的峰值力，有利于保证防船撞单元的结构完整性以及撞击力传 递至箱式结构内部。中间夹层板(UHPC传力夹层板)为传力板，设置为强度高、韧性好、 抗冲击性能好的UHPC(超高性能混凝土，碰撞过程中，利用其优越的抗冲击性能，将冲击 作用分散传递给更多的耗能内箱，使得碰撞时面板不至于过早破坏而充分发挥防船撞装置单 元的耗能能力。最内侧为带蜂窝吸能构件的耗能内箱，耗能内箱以钢板、铝板等金属板为箱 壁材料，可以起到便于施工的作用，如：可作为浇筑UHPC传力夹层的内模板、固定蜂窝吸 能构件、作为填充耗能物质的模板。

本发明中，根据船舶与防撞装置发生碰撞的实际情况，因船首与防船撞装置的外侧面板 的接触面积小，使得面板在被撞点发生较大的内陷变形，导致面板的内侧出现很大拉应力而 被破坏；而距离被撞点较远的部分则会出现反弯点，进而有些区域面板外侧受拉，所以在冲 击的过程中，距离被撞点较远的部分存在面板开裂失效而破坏的风险。而本发明的功能梯度 组合板，通过设置连接件(如第一、二预设连接件)使得三层板(保护外面板、UHPC传力 夹层板和金属构造板)形成整体的组合结构，如此，在被撞点附近因内陷变形而产生的内侧 拉应力可由组合板的金属构造板承担，而面板外侧受拉部分的荷载可以由于外侧的FRP等复 合材料共同承担，正因为金属构造板及外侧FRP等复合材料面板的作用，使得夹层的UHPC 传力夹层板的强度和韧性得到进一步的提高，更加不易损坏，以将更多的撞击力传递至耗能 内箱，功能梯度组合板的整体性能更好。并且，因为耗能内箱还包含有金属构造板、管等骨 架及内填消能材料，可进一步阻碍船首的压缩变形，使得外侧面板在金属构造板提供的抗拉 承载力及消能构件的保护下进一步增强了抗冲击能力，故而可使得更多消能构件参与变形。 如此，因为耗能内箱的作用使得功能梯度组合面板更不易被破坏，而组合面板越难被破坏时， 就能让更多的耗能构件参与耗能，而更多的耗能构件参与工作又进一步保护了功能梯度组合 面板，功能梯度组合面板与耗能相互作用、协同耗能，进一步发挥了装置的整体作用；总的 来说，本发明中保护功能梯度组合面板与内部的耗能内箱的协同工作，提高了整个装置的抗 冲击性能，整个装置共同作业而能够充分地发挥耗能作用。

本发明的防船撞装置单元，由外往内根据功能不同依次设置为保护层–传力层–消能层， 具体的可设置成FRP层–UHPC层–钢箱消能层或硅橡胶层–UHPC层–钢箱消能层。采用FRP层–UHPC层–钢箱消能层时，其施工方法为：分别预制FRP面板和钢箱，钢箱可制成 上部开口的槽型，内部安装金属消能构件、填充耗能泡沫，其中，FRP面板的内侧、钢箱的 外侧需预设第一、二预设连接件，待FRP面板及钢箱预制完成后，进行临时固定，利用FRP 面板及钢箱分别为外侧、内侧模板进行UHPC层的浇筑，UHPC层内不设普通钢筋，最后采 用相同的方法进行顶板的施工，使得槽型结构形成密封的箱室结构。采用硅橡胶层–UHPC 层–钢箱消能层时，其施工方法为预制钢箱，钢箱可制成上部开口的槽型，内部安装金属消 能构件、填充耗能泡沫，其中，钢箱外侧需预设与UHPC层连接的第二预设连接件，借助钢 箱作为内模板，增设外模板及UHPC层内水平向、竖向的普通钢筋，进行浇筑UHPC层，待 UHPC层成型后，拆除外模板，在UHPC外侧密贴硅橡胶板，最后采用相同的方法进行顶板 的施工，使得槽型结构形成密封的箱室结构。

本发明的防船撞装置单元，由于保护外面板(如FRP面板)具有一定的结构强度，夹层 的UHPC传力夹层板可以不设置水平和竖直的钢筋，可以极大的降低施工难度，同时UHPC的浇筑的质量也会变得更加可靠，不会因为密布的钢筋导致浇筑质量不佳。

本发明节段拼装式防船撞装置中，防船撞装置的高度可通过对装置重量、船型特点分析 可能会发生的碰撞情况后具体确定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的防船撞装置单元采用的功能梯度组合板具有安全性好、强度高、抗冲击性能 优越等优点，可大大提高耗能内箱外侧的传力构件的强度，充分发挥传力夹层板的传力作用， 避免传力夹层板在碰撞初期发生局部严重破坏，使得更多内部耗能构件参与耗能，极大提高 了防船撞装置的耗能效率。

2、本发明采用的UHPC传力夹层板具有良好的耐久性，可保证防撞设施在桥梁全寿命 期内的工作性能，降低维护成本。

3、本发明由于保护外面板(如硅橡胶或FRP)的存在，可避免船舶撞击时导致的火灾等 威胁，提高了本发明装置的安全性。

4、本发明的保护外面板(如硅橡胶或FRP)具有极其优越的耐久性，形成的密闭箱室可 保证内部金属构件等的不受腐蚀，保证了耗能部分的耐久性，从而进一步提高该装置的耐久 性和可靠性。

5、本发明的耗能内箱可极大提高防船撞装置的耗能效果，增强了桥梁的防撞能力。

6、本发明采用的保护外面板、UHPC传力夹层板和耗能内箱进行连接形成组合耗能结构， 上述各层相互配合、协同作用，传力路径明确，可以极大的提高耗能效率与耗能能力。

7、本发明的防船撞装置可以由多个防船撞装置单元组合而成，整个装置化整为零，分节 段预制，浮运至指定位置后通过简单连接即可，整个装置的制作及施工工艺成熟，可保证各 个节段的施工质量。

总的来说，本发明的节段拼装式防船撞装置具有施工简便、耗能效率高、耗能能力强、 耗能模式稳定、传力路径明确、耐久性好、安全性高等优点，具有极大的使用价值和良好的 经济效益，在深水桥梁防撞领域具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术 描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。

图1为实施例1中防船撞装置的结构示意图(结构内部断面平面图)。

图2为实施例1中防船撞装置的结构示意图(结构外部平面图)。

图3为实施例1中防船撞装置的结构示意图(左侧为结构内部竖向断面图，右侧为连接 处竖向断面图)。

图4为实施例1中D型橡胶护舷的结构示意图。

图5为实施例2中防船撞装置的结构示意图(结构内部断面平面图)。

图6为实施例2中防船撞装置的结构示意图(结构外部平面图)。

图7为实施例2中防船撞装置的结构示意图(左侧为结构内部竖向断面图，右侧为连接 处竖向断面图)。

图8为实施例3中防船撞装置的结构示意图(结构内部断面平面图)。

图9为实施例3中防船撞装置的结构示意图(结构外部平面图)。

图10为实施例3中防船撞装置的结构示意图。

图例说明：

1、金属构造板；2、第二预设连接件；3、胞元结构；4、UHPC传力夹层板；5、消能材料；6、凸榫；7、凹槽；8、D型橡胶护舷；81、空心D型外层橡胶；82、空心D型内层钢 构件；9、连接耳；10、竖向钢筋；11、水平钢筋；12、桥墩；13、保护外面板；15、不锈 钢带；16、膨胀螺栓；19、连接轴；20、连接螺栓。

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。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。 本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范 围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购 买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

如图1-图3所示，本实施例的节段拼装式防船撞装置单元，防船撞装置单元为密封箱式 结构，箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板13和设于箱式结构内部的耗能内箱，保 护外面板13和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板4。

本实施例中，保护外面板13为FRP面板。耗能内箱包括主要由金属构造板1围成的封 闭内腔，封闭内腔中设有金属消能构件。金属消能构件包括多个胞元结构3，胞元结构3为 六边形管、圆形管或由金属波折板拼接组合而成蜂窝形状的金属构件，胞元结构3中填充有 消能材料5，胞元结构3的长度方向垂直于船撞方向。

本实施例中，UHPC传力夹层板4以保护外面板13为外模板、以耗能内箱为内模板现浇 而成；保护外面板13的内壁上设有用于使保护外面板13与UHPC传力夹层板4连接成一整体的第一预设连接件，耗能内箱的外壁上设有用于使耗能内箱与UHPC传力夹层板4连接成一整体的第二预设连接件2(如栓钉)。

本实施例中的防船撞装置单元的FRP面板是由增强纤维材料(包括：玻璃纤维、碳纤维、 芳纶纤维等)与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料面板；由FRP –UHPC–钢箱形成的功能防撞材料具有极其优越的抗冲击性能，进而能够使得更多的内部 尽可能多的构件参与耗能。

本实施例还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述防船撞装置单元，多个防船 撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩12设置。本实施例中的防船撞装置可分为4节进行 预制，实际所需预制节段可根据实际桥墩12尺寸及所需防撞装置的实际规格进行分割，预制 好的构件因其作为密闭的箱室，可通过浮运至指定位置，而后通过预设的连接件进行连接。

如图4所示，本实施例中，保护外面板13上(靠近桥墩12的一侧)设有多个D型橡胶护舷8，D型橡胶护舷8包括空心D型外层橡胶81，空心D型外层橡胶81的内腔中设有空 心D型内层钢构件82。该D型橡胶护舷8的设置可根据实际桥墩、防撞装置的形状进行设 置(水平安置或者竖向安置)。

如图3所示，本实施例中，相邻防船撞装置单元的相邻端面中的一个端面上设有至少一 个凸榫6，另一个端面上设有与凸榫6相配合的至少一个凹槽7，相邻防船撞装置单元通过凸 榫6和凹槽7连接成一整体。凸榫6上设有竖向通孔，凹槽7的内壁中也设有与凸榫6位置 对应且贯穿防船撞装置单元端面的竖向通孔，竖向通孔中设有连接轴19。

本实施例中，防船撞装置单元的端部顶面设有连接耳9，相邻防船撞装置单元通过连接 耳9和连接螺栓20连接成一整体。

上述本实施例的节段拼装式防船撞装置的施工方法包括以下步骤：

(1)预制节段：预制保护层FRP面板，FRP面板内侧需预设第一预设连接件；预制内部钢箱，内部钢箱先预制成上端开口的槽型，钢箱外侧预设第二预设连接件；

(2)预制节段：槽型钢箱内部先安置胞元结构3，胞元结构3可为内部钢箱的槽型结构 提供内部支撑，胞元结构3内填充泡沫类消能材料5；完成后焊接槽型顶板，使得内部钢箱 成为密闭箱室；

(3)预制节段：通过将临时固定的内部钢箱及FRP面板作为内外侧模板，浇筑超高性 能混凝土，待UHPC成型后，安装顶板FRP面板，密封包裹整个节段的防撞装置；

(4)节段拼装：待各预制节段预制完成，安装D型橡胶护舷8，将各节段浮运至指定地 点，进行节段拼装；

(5)节段拼装：利用凸榫6、凹槽7、连接轴19、连接耳9和连接螺栓20将相邻节段 连接成一整体；

(6)依次连接各个节段，形成本实施例中桥墩12的整体防船撞装置。

实施例2：

如图4-图7所示，本实施例的节段拼装式防船撞装置单元，防船撞装置单元为密封箱式 结构，箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板13和设于箱式结构内部的耗能内箱，保 护外面板13和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板4。

本实施例中，保护外面板13为硅橡胶面板。耗能内箱包括主要由金属构造板1围成的封 闭内腔，封闭内腔中设有金属消能构件。金属消能构件包括多个胞元结构3，胞元结构3为 六边形管、圆形管或由金属波折板拼接组合而成蜂窝形状的金属构件，胞元结构3中填充有 消能材料5，胞元结构3的长度方向垂直于船撞方向。

本实施例中，UHPC传力夹层板4以增设的外模板、以耗能内箱为内模板现浇而成；耗 能内箱的外壁上设有用于使耗能内箱与UHPC传力夹层板4连接成一整体的第二预设连接件 2(如栓钉)。UHPC传力夹层板4内配置有竖向钢筋10和水平钢筋11；通过配置竖向钢筋10和水平钢筋11可进一步提高传力构件的抗撞能力，进而能够使得更多的内部更多构件参与耗能。

本实施例中的防船撞装置单元的硅橡胶面板通过包裹整个装置形成密闭箱室从而保证装 置的耐久性，硅橡胶还可降低碰撞的接触刚度，此外，利用硅橡胶较小的刚度及惰性可防止 运输易燃易爆船舶碰撞产生火花而造成火灾或爆炸的隐患。

本实施例还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述防船撞装置单元，多个防船 撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩12设置。本实施例中的防船撞装置可分为2节进行 预制，实际所需预制节段可根据实际桥墩12尺寸及所需防撞装置的实际规格进行分割，预制 好的构件因其作为密闭的箱室，可通过浮运至指定位置，而后通过预设的连接件进行连接。

如图4所示，本实施例中，保护外面板13上(靠近桥墩12的一侧和迎船撞方向一侧)设有多个D型橡胶护舷8，D型橡胶护舷8包括空心D型外层橡胶81，空心D型外层橡胶 81的内腔中设有空心D型内层钢构件82。该D型橡胶护舷8的设置可根据实际桥墩、防撞 装置的形状进行设置(水平安置或者竖向安置)。

如图3所示，本实施例中，相邻防船撞装置单元的相邻端面中的一个端面上设有至少一 个凸榫6，另一个端面上设有与凸榫6相配合的至少一个凹槽7，相邻防船撞装置单元通过凸 榫6和凹槽7连接成一整体。凸榫6上设有竖向通孔，凹槽7的内壁中也设有与凸榫6位置 对应且贯穿防船撞装置单元端面的竖向通孔，竖向通孔中设有连接轴19。

本实施例中，防船撞装置单元的端部顶面设有连接耳9，相邻防船撞装置单元通过连接 耳9和连接螺栓20连接成一整体。

上述本实施例的节段拼装式防船撞装置的施工方法包括以下步骤：

(1)预制节段：预制内部钢箱，内部钢箱先预制成上端开口的槽型，槽型钢箱内部先安 置胞元结构3，胞元结构3可为内部钢箱的槽型结构提供内部支撑；钢箱外侧预设第二预设 连接件；安装UHPC传力夹层板4所需的竖向钢筋10和水平钢筋11，设置外侧模板；浇筑超高性能混凝土，并进行蒸汽养护；胞元结构3内填充轻质泡沫类消能材料5；

(2)预制节段：完成后焊接槽型顶板，使得内部钢箱成为密闭箱室；

(3)预制节段：紧贴整个装置外侧的硅橡胶面板；

(4)节段拼装：待各预制节段预制完成，安装D型橡胶护舷8，将各节段浮运至指定地 点，进行节段拼装；

(5)节段拼装：利用凸榫6、凹槽7、连接轴19、连接耳9和连接螺栓20将相邻节段 连接成一整体；

(6)依次连接各个节段，形成本实施例中桥墩12的整体防船撞装置。

实施例3：

如图8-图10所示，本实施例的节段拼装式防船撞装置单元，防船撞装置单元为密封箱式 结构，箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板13和设于箱式结构内部的耗能内箱，保 护外面板13和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板4。

本实施例中，保护外面板13为FRP面板。耗能内箱包括主要由金属构造板1围成的封 闭内腔，封闭内腔中设有金属消能构件。金属消能构件包括多个胞元结构3，胞元结构3为 六边形管、圆形管或由金属波折板拼接组合而成蜂窝形状的金属构件，胞元结构3中填充有 消能材料5，胞元结构3的长度方向垂直于船撞方向。

本实施例中，UHPC传力夹层板4以保护外面板13为外模板、以耗能内箱为内模板现浇 而成；保护外面板13的内壁上设有用于使保护外面板13与UHPC传力夹层板4连接成一整体的第一预设连接件，耗能内箱的外壁上设有用于使耗能内箱与UHPC传力夹层板4连接成一整体的第二预设连接件2(如栓钉)。

本实施例中的防船撞装置单元的FRP面板是由增强纤维材料(包括：玻璃纤维、碳纤维、 芳纶纤维等)与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料面板；由FRP –UHPC–钢箱形成的功能防撞材料具有极其优越的抗冲击性能，进而能够使得更多的内部 尽可能多的构件参与耗能。

本实施例还提供一种节段拼装式防船撞装置，包括多个上述防船撞装置单元，多个防船 撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩12设置。本实施例中的防船撞装置可分为两层，每 层3节进行预制，实际所需预制节段可根据实际桥墩12尺寸及所需防撞装置的实际规格进行 分割，预制好的构件因其作为密闭的箱室，可通过浮运至指定位置，用不锈钢带15及膨胀螺 栓16，分别将各节段固定在桥墩12上。实际预设固定连接件的处理可根据需要进行布置。

上述本实施例的节段拼装式防船撞装置的施工方法包括以下步骤：

(1)预制节段：预制保护层FRP管，FRP管内侧需预设第一预设连接件；预制内部钢箱，内部钢箱先预制成两端开口的管状，钢箱外侧预设第二预设连接件；

(2)预制节段：槽型钢箱内部先安置胞元结构3，胞元结构3可为内部钢箱的槽型结构 提供内部支撑；

(3)预制节段：通过将临时固定的内部钢箱及FRP面板作为内外侧模板，浇筑超高性 能混凝土，并进行蒸汽养护；

(4)在胞元结构3内填充消能材料5(如聚氨酯泡沫)，焊接箱管道两头盖板，使得耗能构件形成密闭构件；安装FRP面板，使得FRP面板可以全部包裹整个装置；

(5)节段拼装：待各预制节段预制完成，将各节段浮运至指定处，进行通过固定所需不 锈钢带15及不锈钢膨胀螺栓16固定各个节段，形成本实施例中桥墩12的整体防船撞装置。

Claims (10)

1.一种节段拼装式防船撞装置单元，其特征在于，所述防船撞装置单元为箱式结构，所述箱式结构包括设于箱式结构外层的保护外面板(13)和设于箱式结构内部的耗能内箱，所述保护外面板(13)和耗能内箱之间设有UHPC传力夹层板(4)。

2.根据权利要求1所述的节段拼装式防船撞装置单元，其特征在于，所述保护外面板(13)为FRP面板或硅橡胶面板。

3.根据权利要求1所述的节段拼装式防船撞装置单元，其特征在于，所述耗能内箱包括主要由金属构造板(1)围成的封闭内腔，所述封闭内腔中设有金属消能构件。

4.根据权利要求3所述的节段拼装式防船撞装置单元，其特征在于，所述金属消能构件包括多个胞元结构(3)，所述胞元结构(3)为六边形管、圆形管或由金属波折板拼接组合而成蜂窝形状的金属构件，所述胞元结构(3)中填充有消能材料(5)，所述胞元结构(3)的长度方向垂直于船撞方向。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的节段拼装式防船撞装置单元，其特征在于，所述UHPC传力夹层板(4)以保护外面板(13)为外模板、以耗能内箱为内模板现浇而成；所述保护外面板(13)的内壁上设有用于使保护外面板(13)与UHPC传力夹层板(4)连接成一整体的第一预设连接件，所述耗能内箱的外壁上设有用于使耗能内箱与UHPC传力夹层板(4)连接成一整体的第二预设连接件(2)。

6.一种节段拼装式防船撞装置，其特征在于，包括多个权利要求1-5中任一项所述的防船撞装置单元，多个所述防船撞装置单元首尾连接成一整体并环绕桥墩(12)或承台设置，或者多个所述防船撞装置单元间隔分布于桥墩(12)或承台周围。

7.根据权利要求6所述的节段拼装式防船撞装置，其特征在于，所述保护外面板(13)上设有多个D型橡胶护舷(8)，所述D型橡胶护舷(8)包括空心D型外层橡胶(81)，所述空心D型外层橡胶(81)的内腔中设有空心D型内层钢构件(82)。

8.根据权利要求6所述的节段拼装式防船撞装置，其特征在于，相邻所述防船撞装置单元的相邻端面中的一个端面上设有至少一个凸榫(6)，另一个端面上设有与所述凸榫(6)相配合的至少一个凹槽(7)，相邻所述防船撞装置单元通过凸榫(6)和凹槽(7)连接成一整体。

9.根据权利要求8所述的节段拼装式防船撞装置，其特征在于，所述凸榫(6)上设有竖向通孔，所述凹槽(7)的内壁中也设有与所述凸榫(6)位置对应且贯穿所述防船撞装置单元端面的竖向通孔，所述竖向通孔中设有连接轴(19)。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的节段拼装式防船撞装置，其特征在于，所述防船撞装置单元的端部顶面设有连接耳(9)，相邻所述防船撞装置单元通过连接耳(9)和连接螺栓(20)连接成一整体。

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