CN112281753A - 基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统 - Google Patents

基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，包括柔性钢管桩和拦截机构，该拦截机构包括浮箱、主浮筒、副浮筒和弹簧阻尼器，其中：浮箱和主浮筒通过锚链与固定在海床的锚碇连接；浮箱、主浮筒和副浮筒之间通过缆索连接，构成拦截网，且浮箱套设在柔性钢管桩上，箱体内板和外板之间设有相应的信号采集和传递装置；主浮筒和副浮筒底部装有消能块；弹簧阻尼器安装在浮箱、主浮筒、副浮筒之间的缆索两端，其活塞杆上设有开孔，用于缆索和浮箱、浮筒之间的连接。本发明在浮箱和浮筒之间设置弹簧阻尼器可以起到缓冲作用，避免船舶撞击时缆索断裂，达到有阻尼拦截的效果，阻尼器的刚度设计可以满足不同吨级防撞要求。

Description

基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统
技术领域
本发明涉及海上安全防护装置技术领域，具体涉及一种基于阻尼器的柔性船舶拦截机构。
背景技术
根据《中华人民共和国海上交通安全法》、《公路桥梁抗撞设计规范》，由于船舶撞击跨海大桥成因复杂，水文条件、桥位或桥梁布置、船舶的通行量和船型构成、航运或公路运输管理等均会影响撞击风险，因此有必要对危险桥墩设置海上拦截装置。虽然各类规范均提出设置拦截装置等措施要求，但是成本加大或结构形式不合理。现有的桩式拦截或防撞装置多为单桩式和群桩式结构，存在以下几点缺陷：第一，单桩式防护结构防护区域较小，无法拦截全部危险船只；第二，单桩式防护装置侧向刚度较小，对于撞击能量较大的船舶无法阻止其撞击桥墩并会对单桩式防护装置造成不可修复的损害；第三，对于海上安全防护这类水域防护面积较大的情况，群桩式防护结构要求钢管桩数量多，材料成本较高，施工量较大，对维修保养造成一定困难。
因此，设计一种不仅材料用量和维修成本少，防护面积大，保证桥梁安全，同时还能减小船只破坏程度，保证乘员安全的拦截防撞系统显得很有意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于阻尼器的柔性船舶拦截机构，可避免船舶撞击时缆索断裂，达到有阻尼拦截的效果，且阻尼器的刚度设计可以满足不同吨级防撞要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，包括柔性钢管桩和拦截机构，该拦截机构包括浮箱、主浮筒、副浮筒和弹簧阻尼器，其中：主浮筒和副浮箱通过锚链锚定于海床，浮箱、主浮筒和副浮筒通过缆索连接，构成拦截网，且浮箱套设在柔性钢管桩上；弹簧阻尼器安装在浮箱、主浮筒、副浮筒之间的缆索上。
接上述技术方案，弹簧阻尼器包括钢制外壳，钢制外壳内设有活塞杆、活塞、弹簧、吸能海绵、轴承；其中弹簧两端各接有一个弹簧底座，弹簧底座焊接在活塞上，轴承与钢制外壳间填充有吸能海绵。
接上述技术方案，弹簧阻尼器的钢制外壳上安装位移和应变传感器，浮箱内部安装信号采集装置和无线传递信号装置，信号采集装置与位移和应变传感器连接。
接上述技术方案，浮箱上安装锚固预埋件，锚固预埋件上焊接横向加劲板，横向加劲板的上下表面焊接有梯形竖向加劲板，梯形竖向加劲板还与锚固预埋件焊接。
接上述技术方案，弹簧阻尼器的两端通过连接件与横向加劲板连接；弹簧阻尼器与连接件外部套设橡胶连接套筒。
接上述技术方案，浮箱与柔性钢管桩之间装有耐磨板。
接上述技术方案，浮箱底部装有4个吊耳，通过锚链锚定于海床。
接上述技术方案，主浮筒和副浮筒的外形一致，整体形式为球体，呈“不倒翁”形态，该球体包括上层结构和下层结构，两者之间通过法兰盘连成一个整体；球体的上层结构采用球面板和锥台结合的形式，其内填充轻质吸能材料，锥台内布置立柱，立柱上设有多个连接耳，每个连接耳与缆索之间连接一个弹簧阻尼器。
接上述技术方案，球体的下层结构为一个曲率半径较上层结构大的球面板，底部填充混凝土。
本发明产生的有益效果是：本发明在浮箱和浮筒之间设置弹簧阻尼器可以起到缓冲作用，避免船舶撞击时缆索断裂，达到有阻尼拦截的效果，阻尼器的刚度设计可以满足不同吨级防撞要求。此外，本发明在浮箱与主浮筒之间增设副浮筒，保证缆索在水中的位置，防止缆索在重力作用下会产生下垂，达不到拦截效果。
进一步地，阻尼器内部加装传感装置，与安装在浮箱内部的信号采集装置和无线传递信号装置共同构成监测系统。若出现事故后阻尼器发生破坏，装置将无线信号发送到岸上的控制室，进而通知管理部门。
进一步地，浮筒采用球体形式，通过法兰盘将上下层结构连成一个整体。下层结构底部填装有混凝土，能极大程度降低整体结构的重心位置漂浮在水面上，上层结构内部填充轻质吸能材料和加装弹簧阻尼器，可以达到较好的吸能效果，受到船舶撞击或海上自然因素发生倾覆时，能快速恢复原有位置状态。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统正面示意图；
图2是本发明实施例基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统平面示意图；
图3是本发明实施例浮箱与缆索连接方式立面图；
图4是本发明实施例浮箱与缆索连接方式平面图；
图5是本发明实施例阻尼器结构示意图；
图6是本发明实施例浮箱平面图；
图7是本发明实施例浮箱平面剖切图；
图8是本发明实施例浮箱立面剖切图；
图9是本发明实施例主浮筒立面图；
图10是本发明实施例主浮筒平面图；
图11是本发明实施例副浮筒的立面图。
图中：1.钢管桩，2.浮箱，3.主浮筒，4.副浮筒,5.缆索，6.锚链，7.主浮筒锚碇，8.浮箱锚碇，9.锚固预埋件，10.横向加筋板，11.竖向加筋板，12.连接件，13.弹簧阻尼器，14.高强度销钉，15.连接套筒，16.轴销，17.缆索锚固组件，18.活塞杆，19.开孔，20.活塞，21.弹簧底座，22.弹簧，23.吸能海绵，24.轴承，25.耐磨板，26.内板，27.外板，28.T型材，29.角钢，30.连接面，31.吊耳，32.信号采集装置，33.无线传递信号装置，34.立柱，35.连接耳，36.位移和应变传感器，37.上法兰盘，38.下法兰盘，39.消能块，40.混凝土，41.轻质吸能材料，42.浮筒钢制外壳，43.螺栓孔。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其结构布置如图1和图2所示，主要包括缆索5、弹簧阻尼器13、主浮筒3、副浮筒4、钢管桩1、浮箱2和锚链6成，主浮筒3和副浮箱4通过锚链6锚定于海床，浮箱2、主浮筒3和副浮筒4通过缆索5连接，构成拦截网，且浮箱2套设在钢管桩1上；弹簧阻尼器13安装在浮箱2、主浮筒3、副浮筒4之间的缆索5上。
本发明利用浮箱2、浮筒和缆索5在海平面上张成一道拦截网。由于缆索5在重力作用下会产生下垂，如果下垂度较大则达不到拦截效果，过于张紧则会导致正常情况下拉力过大，增加缆索5的损耗。因此在浮箱2与主浮筒3之间增设副浮筒4，保证缆索5在水中的位置。缆索5两端利用弹簧阻尼器13与浮筒和浮箱2连接，当危险船只撞击拦截网时，通过弹簧阻尼器13中弹簧的伸长做功，可以消耗部分撞击能，起到缓冲作用，避免船舶撞击时缆索断裂，达到有阻尼拦截的效果，阻尼器的刚度设计应满足不同吨级防撞要求。
本发明的实施例中，若干吊耳3焊接在主浮筒3和浮箱2底部，用锚链6将其与海床锚定，避免外界因素造成主浮筒3和浮箱2的位置移动，从而导致缆索5纠缠在一起影响其拦截效果。
优选地，浮箱2的结构如图7和图8所示，浮箱2与钢管桩1接触面装有耐磨板25，避免浮箱2随海水上下浮动时表面被钢管桩1上的铁锈磨损。浮箱2由两个半圆环柱通过连接面30拼接而成，内部设有角钢29和环向的T型材28，增加其整体刚度和稳定性，并且在内部填充高缓冲吸能材料33，能有效抵抗船舶的直接撞击造成其变形破坏，并能吸收部分撞击能。
主浮筒3和副浮筒4的主壳体采用单层钢板结构，整体形式为球体，如图9-图11所示。球体包括上层结构和下层结构，两者之间通过上下法兰盘连接，法兰盘之间可采用高强螺栓连接。上层结构采用球面板和锥台结合的形式，上法兰盘37焊接在其底部，其中锥台结构内布置立柱34、连接耳35、弹簧阻尼器13和轻质吸能材料41。上层结构内部填充轻质吸能材料和加装弹簧阻尼器，可以达到较好的吸能效果，受到船舶撞击或海上自然因素发生倾覆时，能快速恢复原有位置状态。下层结构为一个曲率半径较上层结构大的球面板，底部填充混凝土40，能极大程度降低整体结构的重心位置使其漂浮在水面上，并且在受到船舶撞击或海上自然因素发生倾覆时，能快速恢复原有位置状态。下法兰盘38焊接在其顶部。上下法兰盘上设有螺孔43，两者之间采用高强螺栓连接，增加连接的可靠度。
优选地，轻质吸能材料充满上层结构和部分下层结构，吸收撞击能的同时，也能较好地固定阻尼器等构件，其材料为玻璃泡沫、改性聚丙烯和聚苯泡沫中的一种或几种。
弹簧阻尼器13为核心构件，如图5所示，弹簧22两端各接有一个焊接在活塞20上的弹簧底座21，轴承24与钢制外壁间填充有吸能海绵23，当活塞20移动速度过快时，吸能海绵23对其具有缓冲作用，同时也能避免活塞20与轴承24的直接接触造成的损害。优选地，吸能海绵填充在轴承与活塞之间，与轴承前端和外壳充分接触，其材料为聚乙烯醇、聚氨酯和低密度聚醚中的一种或几种。
具体地，阻尼器中的弹簧22的最大量程不应小于弹簧阻尼器13内的两端轴承24的净距，避免弹簧22过度拉伸从而超出量程，弹簧阻尼器13内的刚度设计可以满足不同吨级防撞要求。弹簧阻尼器13内部安装位移和应变传感器36，与安装在浮箱内部的信号采集装置32和无线传递信号装置33共同构成阻尼器故障监测系统。遭受船舶撞击后，弹簧阻尼器13发生破坏时，通过将无线信号传给岸上的控制室，进而通知管理部门，达到实时跟踪检测阻尼器有效性的目的。
具体地，信号采集装置32中的条件模块可以将采集到的位移和应变传感器36的信号放大，并与不相关的信号分离，通过一个以太网络将信号送进总控制室的中心计算机分析。
优选地，弹簧阻尼器外壳采用不锈钢制成，整体密封性较好。
缆索5与浮箱2的连接方式如图3和图4所示，浮箱上安装锚固预埋件9，单个浮箱2配有3块横向加劲板10，将其焊接在锚固预埋件9上。若干梯形竖向加劲板11位于横向加劲板10的上下表面，通过焊接方式与浮箱5的锚固预埋件9和横向加劲板10连接，目的是提升横向加劲板10与浮箱2的连接稳定性。连接件12将横向加劲板10、弹簧阻尼器13和轴销16连成一个整体，其采用高强度销钉14固定横向加劲板10、弹簧阻尼器13、轴销16和连接件12的相对位置。在弹簧阻尼器13和连接件12处安装有连接套筒15，目的是避免弹簧阻尼器13和连接件12受雨水冲刷和海浪拍打造成其锈蚀和损坏，同时也保证连接位置的整体性，缆索5锚固于焊接在轴销16上的缆索锚固组件17。
优选地，连接套筒15采用顺丁橡胶制作，在防水性、耐寒性、耐磨性和耐老化性表现优异，制作成本低，损害后方便更换。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，包括柔性钢管桩（1）和拦截机构，该拦截机构包括浮箱（2）、主浮筒（3）、副浮筒（4）和弹簧阻尼器（13），其中：主浮筒（3）和副浮箱（4）通过锚链（6）锚定于海床，浮箱（2）、主浮筒（3）和副浮筒（4）通过缆索（5）连接，构成拦截网，且浮箱（2）套设在柔性钢管桩（1）上；弹簧阻尼器（13）安装在浮箱（2）、主浮筒（3）、副浮筒（4）之间的缆索（5）上。
2.如权利要求1所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，弹簧阻尼器（13）包括钢制外壳，钢制外壳内设有活塞杆（19）、活塞（20）、弹簧（22）、吸能海绵（23）、轴承（24）；其中弹簧（22）两端各接有一个弹簧底座（21），弹簧底座（21）焊接在活塞（20）上，轴承（24）与钢制外壳间填充有吸能海绵（23）。
3.如权利要求1所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，弹簧阻尼器（13）的钢制外壳上安装位移和应变传感器（36），浮箱（2）内部安装信号采集装置（32）和无线传递信号装置（33），信号采集装置（32）与位移和应变传感器（36）连接。
4.如权利要求1所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，浮箱（2）上安装锚固预埋件（9），锚固预埋件（9）上焊接横向加劲板（10），横向加劲板（10）的上下表面焊接有梯形竖向加劲板（11），梯形竖向加劲板（11）还与锚固预埋件（9）焊接。
5.如权利要求4所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，弹簧阻尼器（13）的两端通过连接件与横向加劲板（10）连接；弹簧阻尼器（13）与连接件外部套设橡胶连接套筒。
6.如权利要求1所述的基于阻尼器的柔性船舶拦截机构，其特征在于，浮箱（2）与柔性钢管桩（1）之间装有耐磨板（25）。
7.如权利要求1所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，浮箱（2）底部装有4个吊耳（31），通过锚链（6）锚定于海床。
8.如权利要求1所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，主浮筒（3）和副浮筒（4）的外形一致，整体形式为球体，呈“不倒翁”形态，该球体包括上层结构和下层结构，两者之间通过法兰盘连成一个整体；球体的上层结构采用球面板和锥台结合的形式，其内填充轻质吸能材料，锥台内布置立柱（34），立柱（34）上设有多个连接耳（35），每个连接耳（35）与缆索（5）之间连接一个弹簧阻尼器（13）。
9.如权利要求8所述的基于阻尼器的船舶柔性拦截防撞系统，其特征在于，球体的下层结构为一个曲率半径较上层结构大的球面板，底部填充混凝土（40）。
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