CN113216052A - 一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段及防船撞缓冲装置 - Google Patents
一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段及防船撞缓冲装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段及防船撞缓冲装置，包括防撞箱体，防撞箱体为由钢‑UHPC组合面板围设而成的封闭腔体结构，钢‑UHPC组合面板包括相互固接的钢板层和UHPC层，UHPC层设置在防撞箱体的外侧，防撞箱体内设置有用于抵消船体撞击力的消能钢管。本发明的防船撞缓冲装置内部采用的消能钢管，可极大提高结构的耗能效果，从而有效增强桥梁结构的抗撞击能力；与外界水和空气接触部位采用UHPC覆盖，由于UHPC具有极好的耐久性，可保证防船撞装置在全寿命周期中的工作性能并降低成本。UHPC的耐久性好使其能够适用于各种水域环境。而消能钢管内贯通的空心孔使得所提出的防船撞装置具有良好的消波和减小浮力的作用。
Description
技术领域
本发明主要涉及桥梁附属设备技术领域，特指一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段及防船撞缓冲装置。
背景技术
近年来，国内外桥梁船撞恶性事故频发，造成了大量的人员伤亡、桥梁倒塌、经济损失和负面的社会影响。当桥墩或承台遭受船撞后可能由于桥梁下部结构破坏或位移过大导致桥梁上部结构垮塌，从而导致严重的后果。因此，在进行通航水域的桥梁设计时，船撞问题就显得尤为凸出，有必要设计防护装置减小桥梁在船撞下发生破坏的可能性。
目前，已有多种用于桥梁结构(如桥墩、桥台)的防撞装置，如独立防撞墩、钢结构护舷、FRP防撞浮箱等。独立防撞墩易因撞击而损坏且会对船只造成较大损伤。钢结构护舷采用钢板变形耗能，但钢结构护舷具有耐腐蚀性能差的特点，尤其在海洋等复杂水域环境中，其表面的涂层使用寿命较少，从而易引起钢结构护舷的腐蚀，运营成本较高。FRP柔性防撞浮箱也具有比较明显的缺陷，除了施工复杂之外，在海洋等复杂水域环境中，FRP防撞浮箱在波浪不断冲刷作用下易发生损伤破坏，影响防撞浮箱的耐久性和防撞性能。由此可见，现有的防船撞装置在复杂水域环境中具有明显的劣势，应该根据实际情况开发出一种不仅具有优越防撞性能，同时还能在海洋等复杂环境中具有足够的耐久性、后期维护费用少，且具有消波作用的防撞装置。
发明内容
本发明目的在于提供一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段及防船撞缓冲装置，该装置具有安装方便、耗能能力强、耐久性好且安全经济等特点，装置上设置的空心孔能够起到一定的消波作用，可作为各类桥梁的防撞装置且能够适用于各种水域环境，尤其在海洋环境中具有明显的优势，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明首先公开了一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段，包括防撞箱体，所述防撞箱体为由钢-UHPC组合面板围设而成的封闭腔体结构，所述钢-UHPC组合面板包括相互固接的钢板层和UHPC层，所述UHPC层设置在所述防撞箱体的外侧，所述防撞箱体内设置有用于抵消船体撞击力的消能钢管。
进一步的，所述消能钢管的轴线与船体撞击方向垂向设置。
进一步的，所述防撞箱体内设置有用于将船体撞击力传递到所述消能钢管的传力钢板，所述消能钢管贯穿所述传力钢板设置。
进一步的，所述消能钢管的两端贯穿所述防撞箱体以在所述防撞箱体上形成贯穿的空心孔，所述空心孔的内侧壁覆盖有UHPC面层。
进一步的，所述钢板层和UHPC层通过剪力连接件连接，且所述UHPC层内布置有双向钢筋。
进一步的，所述防撞箱体包括与船体撞击的外层钢-UHPC组合面板，所述外层钢-UHPC组合面板的表面固接有橡胶护舷。
进一步的，所述防撞箱体上安装有用于连接桥梁的承台或者桥墩的连接件。
进一步的，所述防撞箱体内填充有轻质耗能填充物。
然后，本发明公开了一种应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置，包括多个如上述任一方案所述的被动防船撞节段，多个所述防撞箱体的首尾连接形成一个整体并环绕桥梁的承台或者桥墩设置，或者多个所述防撞箱体间隔布设于所述承台或者桥墩的周围。
进一步的，所述防撞箱体通过连接件与所述承台或者桥墩固定安装。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的防船撞缓冲装置内部采用的消能钢管，可极大提高结构的耗能效果，从而有效增强桥梁结构的抗撞击能力。同时防船撞缓冲装置与外界水和空气接触部位采用UHPC覆盖，由于UHPC具有极好的耐久性，可保证防船撞装置在全寿命周期中的工作性能并降低成本。UHPC的耐久性好使其能够适用于各种水域环境，相比于传统防船撞装置采用表面涂装容易腐蚀脱落而需二次涂装相比，采用UHPC一次施工即可保证防船撞装置在寿命周期内的功能需求，降低成本。
(2)本发明采用的覆有UHPC的圆形消能钢管的上下表面采用开口处理。通过钢管变形能够起到良好的耗能作用；与传统防船撞装置相比，由于上下开口形成空心孔使得所提出的防船撞装置具有良好的消波和减小浮力的作用；同时，当遭受船舶撞击作用时，由于钢管内部有水的存在，具有一定的水阻尼作用。
(3)本发明外层采用钢-UHPC组合面板具有强度高、抗冲击性能优越及安全经济等优点，可极大提升面板的传力作用，避免传力面板在碰撞初期发生破坏，能使得更多的耗能构件参与耗能。进一步的，由于面板外层采用的UHPC的优异特性，使得面板具有极好的耐腐蚀性和抗冲刷性。
(4)本发明所述的防船撞装置通过挂腿和锚销与桥墩或承台上的预埋件相连，使防船撞装置与桥墩或承台紧密贴合固定连接。
(5)本发明所述的防船撞装置，分节段预制，运至指定位置与桥墩或承台通过简单连接即可。所述防船撞装置采用固定式连接于桥墩或承台之上，装置的节段之间无需进行连接，节段也可间隔一定距离布置，施工简便。
(6)本发明所述防船撞装置的顶、底钢-UHPC组合面板和中间设置的水平钢板，能够有效连接内外钢-UHPC组合面板和消能的圆钢管，从而能有效传递撞击力。
综上所述，本发明中应用于桥梁结构防撞的固定式被动防船撞缓冲装置具有施工方便、耗能能力强、传力路径明确、耐久性好且安全经济等优点，可作为各类桥梁结构的防船撞装置且适用于各种水域环境，尤其在含沙量或漂浮物较多及海洋环境中，由于防船撞装置外覆UHPC层，使得本发明防船撞装置具有极好的应用效果。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构水平断面图；
图2为本发明实施例一中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构外部平面图；
图3为本发明实施例一中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构示意图(左侧为结构内部竖向断面图，右侧为连接面处示意图)；
图4为本发明实施例二中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构水平断面图；
图5为本发明实施例二中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构外部平面图；
图6为本发明实施例二中应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置的结构示意图(左侧为结构内部竖向断面图，右侧为连接面处示意图)。
图例说明：
1、防撞箱体；2、外层钢-UHPC组合面板；3、消能钢管；4、内层钢-UHPC组合面板；5、轻质耗能填充物；6、连接面；7、空心孔；8、橡胶护舷；9、承台；10、桥墩；11、挂腿；12、顶部钢-UHPC组合面板；13、桩基；14、底部钢-UHPC组合面板；15、传力钢板；16、剪力连接件；17、预埋件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一：
如图1-3所示，本发明公开了一种应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置，防船撞缓冲装置包括多个应用于桥梁结构的被动防船撞节段，被动防船撞节段的主体结构为防撞箱体1，桥梁的承台9设置有包覆承台9外侧的本发明的防船撞缓冲装置，承台9和防船撞缓冲装置之间通过挂腿11和预埋件17固定，承台9的底部设置有桩基13。
防撞箱体1主要包括表面覆有UHPC的外层钢-UHPC组合面板2、覆有UHPC的消能钢管3、覆有UHPC的与承台9固定连接的内层钢-UHPC组合面板4、覆有UHPC的顶部钢-UHPC组合面板12、底部钢-UHPC组合面板14、水平连接的传力钢板15、填充在防撞箱体1内部轻质耗能填充物5(比如泡沫)和与承台9连接的挂腿11，具体而言，防撞箱体1所有与外界空气和水接触的部位均采用UHPC覆盖。
本实施例中所述的防船撞缓冲装置，由于防撞箱体1的表面有UHPC材料，使得防船撞缓冲装置能够具有极好的耐腐蚀和耐冲刷作用。外层钢-UHPC组合面板2、内层钢-UHPC组合面板4、顶部钢-UHPC组合面板12和底部钢-UHPC组合面板14均由UHPC面层和与之相连的钢板通过剪力连接件16连接而成，同时UHPC面层布置双向钢筋。所有外界空气或水接触的部位都布满了UHPC面层，由于UHPC优异的特性使得防船撞装置具有较好的耐久性，与传统防撞装置上采用涂装相比，采用UHPC面层只需一次施工，显著降低后期使用及维护费用。
防撞箱体1内设置有用于抵消船体撞击力的消能钢管3，消能钢管3传力钢板15设置，外层钢-UHPC组合面板2具有较好的耐久性和抗冲刷性，在受到冲击作用时由于其具有刚度大、抗冲击性能好的优势，能够传递更多的撞击力到内部轻质耗能填充物5和消能钢管3上，结合传力钢板15能够直接传递撞击力到消能钢管3，从而使防船撞装置具有优越的耗能能力，达到有效降低撞击力，保护承台9的作用。
本实施例中外层钢-UHPC组合面板2的外侧均布橡胶护舷8，橡胶护舷8具有较好的缓冲作用，能够降低船撞时的初始撞击力。
本实施例中消能钢管3的上下表面贯通形成空心孔7，具有消波和减小浮力的作用，同时由于内部有水的存在，在受到船撞时利用水阻尼的作用降低撞击力。
本实施例的防船撞缓冲装置通过挂腿11等连接件与承台9上的预埋件17固定连接，挂腿11既可采用钢挂腿外覆UHPC面层、也可直接采用UHPC等形式的挂腿11。挂腿11通过承台9中的预埋件17安装在承台9的侧面，也可安装在承台9的顶面。
本实施例中对防撞箱体1采用轻质耗能填充物5进行了全部填充，利用轻质耗能填充物5的消能作用降低撞击力。但防撞箱体1的填充不应仅限于全部填充，对防船撞装置不进行填充或部分填充均包含在本防撞装置的选择范围内。
本实施例中的防船撞装置采用分节段预制并现场安装连接，整个防船撞装置划分为六个节段，六个节段包括六个防撞箱体1。节段连接面6仅需和外层钢-UHPC组合面板2同样处理即可，采用钢板外覆UHPC面层，可极大降低防船撞装置的制作和施工难度。节段可根据需求间隔一定距离设置。
实施例二：
如图4-6所示，本发明公开了一种应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置，防船撞缓冲装置包括多个应用于桥梁结构的被动防船撞节段，被动防船撞节段的主体结构为防撞箱体1，桥梁的桥墩10设置有包覆桥墩10外侧的本发明的防船撞缓冲装置，桥墩10和防船撞缓冲装置之间通过挂腿11和预埋件17固定。
防撞箱体1主要包括表面覆有UHPC的外层钢-UHPC组合面板2、覆有UHPC的消能钢管3、覆有UHPC的与承台9固定连接的内层钢-UHPC组合面板4、覆有UHPC的顶部钢-UHPC组合面板12、底部钢-UHPC组合面板14、水平连接的传力钢板15、填充在防撞箱体1内部轻质耗能填充物5(比如泡沫材料)和与承台9连接的挂腿11，具体而言，防撞箱体1所有与外界空气和水接触的部位均采用UHPC覆盖。
本实施例中所述的防船撞缓冲装置，由于防撞箱体1的表面有UHPC材料，使得防船撞缓冲装置能够具有极好的耐腐蚀和耐冲刷作用。外层钢-UHPC组合面板2、内层钢-UHPC组合面板4、顶部钢-UHPC组合面板12和底部钢-UHPC组合面板14均由UHPC面层和与之相连的钢板通过剪力连接件16连接而成，同时UHPC面层布置双向钢筋。所有外界空气或水接触的部位都布满了UHPC面层，由于UHPC优异的特性使得防船撞装置具有较好的耐久性，与传统防撞装置上采用涂装相比，采用UHPC面层只需一次施工，显著降低后期使用及维护费用。
防撞箱体1内设置有用于抵消船体撞击力的消能钢管3，消能钢管3传力钢板15设置，贯穿外层钢-UHPC组合面板2具有较好的耐久性和抗冲刷性，在受到冲击作用时由于其具有刚度大、抗冲击性能好的优势，能够传递更多的撞击力到内部轻质耗能填充物5和消能钢管3上，结合传力钢板15能够直接传递撞击力到消能钢管3，从而使防船撞装置具有优越的耗能能力，达到有效降低撞击力，保护桥墩10的作用。
本实施例中消能钢管3的上下表面贯通形成空心孔7，具有消波和减小浮力的作用，同时由于内部有水的存在，在受到船撞时利用水阻尼的作用降低撞击力。
本实施例的防船撞缓冲装置通过挂腿11等连接件与桥墩10上的预埋件17固定连接，挂腿11既可采用钢挂腿外覆UHPC面层、也可直接采用UHPC等形式的挂腿11。挂腿11通过桥墩10中的预埋件17安装在桥墩10的侧面。
本实施例中对防撞箱体1采用轻质耗能填充物5进行了全部填充，利用轻质耗能填充物5的消能作用降低撞击力。但防撞箱体1的填充不应仅限于全部填充，对防船撞装置不进行填充或部分填充均包含在本防撞装置的选择范围内。
本实施例中的防船撞装置采用分节段预制并现场安装连接，整个防船撞装置划分为两个个节段，两个节段包括两个半环状的防撞箱体1。节段连接面6仅需和外层钢-UHPC组合面板2同样处理即可，采用钢板外覆UHPC面层，可极大降低防船撞装置的制作和施工难度。节段可根据需求间隔一定距离设置。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，包括防撞箱体(1)，所述防撞箱体(1)为由钢-UHPC组合面板围设而成的封闭腔体结构，所述钢-UHPC组合面板包括相互固接的钢板层和UHPC层，所述UHPC层设置在所述防撞箱体(1)的外侧，所述防撞箱体(1)内设置有用于抵消船体撞击力的消能钢管(3)。
2.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述消能钢管(3)的轴线与船体撞击方向垂向设置。
3.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述消能钢管(3)的两端贯穿所述防撞箱体(1)以在所述防撞箱体(1)上形成贯穿的空心孔(7)，所述空心孔(7)的内侧壁覆盖有UHPC面层。
4.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述防撞箱体(1)内设置有用于将船体撞击力传递到所述消能钢管(3)的传力钢板(15)，所述消能钢管(3)贯穿所述传力钢板(15)设置。
5.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述钢板层和UHPC层通过剪力连接件(16)连接，且所述UHPC层内布置有双向钢筋。
6.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述防撞箱体(1)包括与船体撞击的外层钢-UHPC组合面板(2)，所述外层钢-UHPC组合面板(2)的表面固接有橡胶护舷(8)。
7.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述防撞箱体(1)上安装有用于连接桥梁的承台(9)或者桥墩(10)的连接件。
8.根据权利要求1所述的应用于桥梁结构的被动防船撞节段，其特征在于，所述防撞箱体(1)内填充有轻质耗能填充物(5)。
9.一种应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一所述的被动防船撞节段，多个所述防撞箱体(1)的首尾连接形成一个整体并环绕桥梁的承台(9)或者桥墩(10)设置，或者多个所述防撞箱体(1)间隔布设于所述承台(9)或者桥墩(10)的周围。
10.根据权利要求9所述的应用于桥梁结构的防船撞缓冲装置，其特征在于，所述防撞箱体(1)通过连接件与所述承台(9)或者桥墩(10)固定安装。
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