CN112609636A - 水上结构的防船撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水上结构的防船撞装置。关键是两个半椭圆形结构(2)的两个自由端经液压阻尼器(3)连接构成一个可环绕桥墩(1)的长椭圆形的防撞结构，半椭圆形结构(2)包括半椭圆形的具有封闭空腔的外钢围(4)和内钢围(5)，内、外钢围(5、4)之间连接有多个吸能缓冲圈(6)，防撞结构的一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈(6)的数量大于另一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈(6)的数量。本发明适合斜置或非柱形桥墩。

Description

水上结构的防船撞装置

技术领域：

本发明涉及一种防止水上运动物体对大型建筑的防撞装置，具体是指一种对桥梁桥墩进行保护的防船撞装置。

背景技术：

随着经济的快速发展，江河上建设有大量的桥梁，甚至沿海建设有跨海大桥，同时船运也得到快速发展，大量的大、中型船舶在江河与海洋上进行运输，因此出现船舶撞击桥墩的事故，且日渐增加。由于船舶的吨位较大，动能巨大，一旦出现船舶撞击桥墩，轻则船舶和桥墩受损，严重的是船沉和桥毁，并且水上的桥墩受损伤，存在巨大的隐患和维修十分困难，还带来巨大的间接的经济损失。因此，对桥梁的保护得到重视，除去最为原始的保护措施如在桥墩前设置的防撞或浅滩等，还有一种封闭结构的防撞装置，其由环形内外钢围套装，并由环形内外钢围之间设有的多个均匀分布的吸能弹性圈连接为一整体，并将整个桥墩直接包围住，船舶撞击时撞击在外钢围上，该防撞装置吸收撞击能量，虽然起到了对桥墩的某种程度的保护，但仍然存在缺陷，例如使船舶偏转问题、内钢围对桥墩的冲击、防撞装置随水位升降而上下位移和不适合斜置(非柱形)桥墩均是有待解决的问题。

发明内容：

本发明的发明目的是公开一种适合斜置或非柱形桥墩、并使撞击船舶更容易偏转运动的防船撞装置。

实现本发明的技术解决方案如下：两个半椭圆形结构的两个自由端经液压阻尼器连接构成一个可环绕桥墩的长椭圆形的防撞结构，半椭圆形结构包括半椭圆形的具有封闭空腔的外钢围和内钢围，内、外钢围之间连接有多个吸能缓冲圈，防撞结构的一侧的内、外钢围之间设置的吸能缓冲圈的数量大于另一侧的内、外钢围之间设置的吸能缓冲圈的数量。

所述的两个半椭圆形结构的每一相对自由端之间的液压阻尼器为二～六个。

所述的液压阻尼器的单位时间的液体流动量为总液体量的1％～5％。

所述的防撞结构中吸能缓冲圈较少的一侧的液压阻尼器的单位时间的液体流动量较另一侧的液压阻尼器的单位时间的液体流动量大1％～2％。

所述的防撞结构一侧的吸能缓冲圈的分布密度为另一侧的分布密度的50％～90％。

所述的外钢围的宽度大于内钢围的宽度。

所述的内钢围的对称中心线两侧的内表面为倾斜面。

所述的内、外钢围的自由端均有一非水密性的单板结构的延长段。

所述的液压阻尼器设有防水套。

所述的防撞结构的一侧结构中，前端的吸能缓冲圈的分布密度较后端的吸能缓冲圈的分布密度大。

本发明公开的防船撞装置的技术方案中，设计的结构或强度的非对称性，使船舶撞击时，防船撞装置的一侧更容易形状变形和收缩变形，且由于同一侧中的前后端的吸能缓冲圈的密度不同，导致运动船舶更易产生滑动偏转，实现船舶的导向功能，大幅减小了运动船舶作用在防船撞装置上的撞击力或撞击能量，以及船舶自身带走更多的船舶动能，降低船舶巨大动能的破坏作用，特别是当船舶撞击在椭圆形防撞结构的顶部时，由于装置变形的不对称性，也能引导船舶偏航，使其从防撞结构的一侧滑走。同时防船撞装置上设置的液压阻尼器在不减整体结构强度的同时，增加了防船撞装置的瞬间收缩变形，但由于液压阻尼器的液体流量很小，撞击瞬间从整体宏观上又使防撞结构整体为刚性特征，当受到潮位的影响，因桥墩几何尺寸随高程变化导致液压阻尼器可缓慢伸缩，实现防船撞装置可以随着水位的升降而自动上下位移，特别适合于斜置桥墩的保护。

附图说明：

图1为本发明设置于桥墩上的结构示意图。

图2为图1中的A-A断面的结构示意图。

图3为图2中的B-B断面的结构示意图。

图4为防船撞装置在低水位状态的结构示意图。

图5为防船撞装置在高水位状态的结构示意图。

图6为阻尼器在高水位状态的结构示意图。

图7为阻尼器在低水位状态的结构示意图。

具体实施方式：

结合附图给出本发明的具体实施方式的详细描述，需要指出的是对本发明的详细描述是为便于对本发明的技术实质的理解，而不应是对本发明的权利要求的保护范围的限制。

请参见图1～图7，本发明的具体实施例的技术解决方案是：两个半椭圆形结构2的两个自由端经液压阻尼器3连接构成一个可环绕桥墩1的长椭圆形的防撞结构，半椭圆形结构2包括半椭圆形的具有封闭空腔的外钢围4和内钢围5，内、外钢围(5、4)之间连接有多个吸能缓冲圈6，防撞结构的一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈6的数量大于另一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈6的数量。如图1～图2所示，防撞结构设于桥墩1，当防撞结构位于高水位时，随着水位的下降，防撞结构在自重的作用下也向下位移，则两个半椭圆形结构2挤压液压阻尼器3，反之当水位上升时，两个半椭圆形结构2随水位上浮，同时拉伸液压阻尼器3，概括之水位变化时，防撞结构随之上下位移，使防撞结构与桥墩1保持预设的匹配；当然上述的防撞结构为椭圆形只是本发明的一种结构，防撞结构还可为六边形，即为矩形结构的中间结构与矩形结构两端设有的三角形结构。实际使用时，上述的长椭圆形的防撞结构的长轴与水流方向近似平行、或与航道的方向近似平行(图1、2所示)，由于防撞结构一侧吸能缓冲圈6的数量不相同，致使两侧的结构强度不同，或两侧的变形能力不相同，当吸能缓冲圈6较少的一侧受到船舶撞击时(图2所示)，所述的受撞击一侧的防撞结构的局部和/或整体的变形较大，使运动的船舶更易于在防撞结构较大的变形下偏转，如图2所示的船舶运动方向偏转，这一转动或船舶运动方向偏转，将大幅减少船舶撞击能量传递到防撞结构，且上述的偏转会持续加大，最终大幅减少对桥墩1的撞击作用力。上述的防撞结构的较大的变形一是来自于外钢围4在较少的吸能缓冲圈6的支撑下的局部较大变形，另一方面在船舶撞击的瞬间，外钢围4连接的液压阻尼器3受到撞击力在一极短暂时间内有一很小位移的压缩，该位移体现的是外钢围4的整体变形，该很小的位移取决于液压阻尼器3的液体的流量数，流量越大位移越大，流量越小位移越小，受制于液压阻尼器3的一定的流量和液体的不可压缩性，船舶的撞击力通过液压阻尼器3传递到另一半椭圆形结构2，因此，外钢围4在撞击时存在一个撞击位置的局部变形或/和局部的持续变形和整体变形或/和整体的持续变形，上述的总的变形使撞击船舶更易产生运动的偏转或撞击能的大幅降低，提高了本发明对桥墩1的保护性能，甚至当船舶撞击在防撞结构的迎水正面时，两侧的结构强度的不对称设置，仍会使船舶向弱结构强度一侧偏转。

所述的两个半椭圆形结构2的自由端之间连接的液压阻尼器3为四～十二个或更多，即每一相对的自由端之间的液压阻尼器3为二～六个，确保内、外钢围(5、4)的自由端至少有一个液压阻尼器3，经过大量的试验，优选每一相对的自由端之间的液压阻尼器3为六个，内钢围5之间设两个，外钢围4之间设六个，这样防撞结构的多种性能可达到一个较好的平衡，如连接强度性能、受力的均衡性能等。为进一步提高本发明的技术方案的技术效果和作用，上述的每一个液压阻尼器3的单位时间的液体流动量为总液体量的1％～5％，对液压阻尼器3的液体流动量的设置即保证了防撞结构的整体的小变形量，使防撞结构在撞击瞬间有小的变形，相当于具有柔性，同时在持续撞击受力时的小变形仍能使撞击有效传递，使防撞结构整体在持续撞击的过程又具有整体刚性，且上述的液体流动量的设置当水位上升或下降时，完全不影响防撞结构的液压阻尼器3的伸缩，使整个防撞结构始终与桥墩1保持预设的匹配。所述的防撞结构中吸能缓冲圈6较少的一侧的液压阻尼器3的单位时间的液体流动量较另一侧的液压阻尼器3的单位时间的液体流动量大1％～2％，这样可进一步按需要使一侧的变形量得到更好的调节，以提高使撞击的船舶有预期的偏转量。

由于跨河流或海桥梁的多样性以及桥下通行的船舶吨位的限定，需要不同强度性能的防撞结构，因此，所述的防撞结构一侧的吸能缓冲圈6的分布密度为另一侧的分布密度的50％～970％，分布密度过低不利于防撞圈的结构强度，分布密度偏高不利于防撞结构的预期的变形量而导致运动船舶的偏转量不足，综合多种撞击理论和试验，上述的分布密度优选为60％～80％，可基本可适应不同吨位的船舶的撞击。

为进一步提高本发明的防撞击的效果，所述的外钢围4的宽度大于内钢围5的宽度，这里所述的宽度是半椭圆形结构2的半环状的内、外钢围(5、4)的宽度，或指内、外钢围(5、4)的上下边缘之间的间距；由于外钢围4的宽度大于内钢围5的宽度，使用状态时(图3所示)，外钢围4宽出内钢围5的部分形成一个半环状的围体，当撞击发生时，外钢围4在撞击力的作用下产生一个运动或位移，上述的半环状的围体围住的水体对外钢围4的运动或位移产生一个阻碍作用，因此撞击船舶的撞击能量必然有一部分转移到水体中，这减小了防撞结构承受的撞击能量，提高了防撞结构对桥墩1的防护作用。上述的外钢围4宽出内钢围5的部分与外钢围4结构相同(图3所示)，或为一单板结构(图中未示出)，还可围住更多的水体。

由于在水位上升或下降时，具有浮力的防撞结构随水位的变化而上下位移，为适应不同桥墩1的形状如斜向设置的桥墩(图1所示)，所述的内钢围5的对称中心线两侧的内表面为倾斜面，此处的对称中心线两侧的内表面实际上就是防撞圈的长轴两端的弯曲部分的内表面，这一倾斜曲面与对应桥墩1的表面匹配，既便于防撞结构的上下位移又避免内钢围5的承托力的不均匀。为对前述的两个半椭圆形结构2之间设置的液压阻尼器3进行保护，所述的内、外钢围(5、4)的自由端均有一非水密性的单板结构的延长段7，两个半椭圆形结构2的自由端的上述延长段7之间有一重叠部分，使外钢围4的外表面形成一环状的整体，实质上，当船舶撞击一个半椭圆形结构2时，如前所述，半椭圆形结构2整体有一很小的变形或位移，再如前述的外钢围4宽出内钢围5的部分会对围住的水体施加一个作用力，并使该部分水体产生相应的位移，上述的重叠的延长段7将围住的水体封闭，这提高了水体对半半椭圆形结构2的阻碍作用，即提高了转移到水体的撞击能量。为避免前述的液压阻尼器3长期浸泡于水中而产生腐蚀，在液压阻尼器3上设有防水套(图中未示出)或其它的防水结构。

所述的防撞结构的一侧结构中，前端的吸能缓冲圈6的分布密度较后端的吸能缓冲圈6分布密度大，此处所述的前端是指与运动中的船舶先相交汇的一端，后端是指与同一运动中的船舶后一时间相交汇的一端，上述结构可使一侧的结构中，前端的刚性或结构强度略大于后端的刚性或结构强度，这使防撞结构一侧的变形能力不变的同时，进一步提高防撞结构使船舶的偏转能力。

Claims (10)

1.一种水上结构的防船撞装置，其特征在于两个半椭圆形结构(2)的两个自由端经液压阻尼器(3)连接构成一个可环绕桥墩(1)的长椭圆形的防撞结构，半椭圆形结构(2)包括半椭圆形的具有封闭空腔的外钢围(4)和内钢围(5)，内、外钢围(5、4)之间连接有多个吸能缓冲圈(6)，防撞结构的一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈(6)的数量大于另一侧的内、外钢围(5、4)之间设置的吸能缓冲圈(6)的数量。

2.按权利要求1所述水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的两个半椭圆形结构(2)的每一相对自由端之间的液压阻尼器(3)为二～六个。

3.按权利要求1或2所述的水上的结构防船撞装置，其特征在于所述的液压阻尼器(3)的单位时间的液体流动量为总液体量的1％～5％。

4.按权利要求4所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的防撞结构中吸能缓冲圈(6)较少的一侧的液压阻尼器(3)的单位时间的液体流动量较另一侧的液压阻尼器(3)的单位时间的液体流动量大1％～2％。

5.按权利要求4所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的防撞结构一侧的吸能缓冲圈(6)的分布密度为另一侧的分布密度的50％～90％。

6.按权利要求5所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的外钢围(4)的宽度大于内钢围(5)的宽度。

7.按权利要求6所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的内钢围(5)的对称中心线两侧的内表面为倾斜面。

8.按权利要求7所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的内、外钢围(5、4)的自由端均有一非水密性的单板结构的延长段(7)。

9.按权利要求8所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的液压阻尼器(3)设有防水套。

10.按权利要求9所述的水上结构的防船撞装置，其特征在于所述的防撞结构的一侧结构中，前端的吸能缓冲圈(6)的分布密度较后端的吸能缓冲圈(6)的分布密度大。

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