CN114808670B - 一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，包括环形漂浮体和消能组件。环形漂浮体采取间隙配合方式套设于桥墩的外围，且其相对高度位置可在水浮力的作用下根据水位不同进行自适应性调整。消能组件用来直接承受来自于船舶的撞击力，且与环形漂浮体组装为一体。环形漂浮体具备吸收经由消能组件传导而来的剩余冲击能的能力。如此一来，一方面，在不明显增加制造成本以及建造困难度的前提下，实现了对桥墩的全方位防护，以确保其具有迎接来自于不同方向船舶的意外碰撞的能力；另一方面，来自于船舶的冲击能被消能组件、环形漂浮体所协同、依序吸收，从而有效地优化了桥墩防撞装置受到碰撞时的受力形态，确保其具有较长的使用寿命。

Description

一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置

技术领域

本发明涉及桥墩防护技术领域，尤其是一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置。

背景技术

桥墩是两孔和两孔以上的桥梁中除两端与路堤衔接的桥台外其余的中间支撑结构，可应用于跨江大桥或跨海大桥的建设。随着航道运输的大规模应用，江河中的船舶数量也与日俱增，从而势必会导致桥墩受到船舶碰撞机率的升高，如此，当桥墩因碰撞而损毁现象发生时，需要投入大量的人力、物力对其进行返修以确保桥梁的应用安全性。

在现有技术中，除了增加桥墩的强度之外，通常会在桥墩上设置防船撞系统来降低撞击的危害。防船撞系统主要包括人工岛、群桩、钢套箱等方式，但均存在一些弊端。例如，人工岛方式能有效避免船舶直接撞击桥墩，但会影响航道，且造价高昂；群桩方式可以有效地减轻船撞对桥墩的损伤，但对船舶的保护效果差，会危及到船员的人身安全，且受撞后极易破损，后期维护成本极高；钢套箱固定于桥墩的外围侧壁上，其通过钢材塑性变形缓冲吸能，取得了较好的防护效果，但船撞力削减率仍有限，且钢材易锈蚀，需要定期维护。更为要紧是，以跨海大桥为例，因在同一天的不同时段内，受潮汐效应影响水位亦有不同。如采取传统的防撞方式，势必会增加人工岛以及群桩的建造高度，以及增加钢套箱相对于桥墩的防护长度(即意味着钢套箱总设计长度的大幅增加)，从而导致防船撞系统整体造价居高不下，且还在一定程度上增加了桥梁的总制造周期。因而，亟待本课题组解决上述问题。

发明内容

故，本发明课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改，最终导致该相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，以对桥墩形成周向防护，其包括环形漂浮体和消能组件。环形漂浮体采取间隙配合方式套设于桥墩的外围，且其相对高度位置可在水浮力的作用下根据水位不同进行自适应性调整。消能组件用来直接承受来自于船舶的撞击力，其可拆卸地与环形漂浮体组装为一体，以形成第一道碰撞防线。环形漂浮体具备吸收经由消能组件传导而来的剩余冲击能的能力，以形成第二道碰撞防线。

作为本发明技术方案的进一步改进，环形漂浮体优选呈分体式结构，其包括有多个围绕桥墩中心轴线周向均布的、且依序首尾相连的弧形件。

作为本发明技术方案的更进一步改进，相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置还包括联系组件。联系组件与环形漂浮体相配套应用，以将各弧形件联系为一体。联系组件包括有上置穿绳环、上置引绳、下置穿绳环以及下置引绳。上置穿孔环、下置穿绳环分别可拆卸地固定于弧形件的顶壁、底壁上。当各弧形件相对于桥墩围拢完毕后，上置引绳依序穿引各上置穿孔环，而下置引绳依序穿引各下置穿孔环。

作为本发明技术方案的更进一步改进，沿其径向由内至外，弧形件依序由腹板层、内置泡沫芯材层、中心夹板层、外置泡沫芯材层以及面板层复合而成。

作为本发明技术方案的更进一步改进，弧形件采取真空导入工艺制作成型。且腹板层和面板层的材质均选取玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的任一种。内置泡沫芯材层和外置泡沫芯材层的材质均选取聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯中的任一种。中心夹板层的材质选取高碳钢，且在其内、外侧壁上均成型出有纵横交错的灌胶槽。上置穿孔环、下置穿绳环均与中心夹板层相施焊固定。

作为本发明技术方案的进一步改进，消能组件包括有安装基板和弹性棒。安装基板借由铆钉铆接于环形漂浮体的外侧壁上，且预先在其上成型出有铆接工艺孔。弹性棒用来直接吸收来自于船舶的撞击力、且其可拆卸地固定于安装基板上。

作为本发明技术方案的更进一步改进，针对于单个安装基板，其均配套有多个弹性棒。弹性棒均垂直地插配于安装基板的外侧壁上。

作为本发明技术方案的更进一步改进，以其中任一安装基板为例，其上所插配的弹性棒的长度值不一。且当各弹性棒相对于安装基板插配到位后，其自由端连线拓补为外拱弧形面。

当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，针对于单个安装基板，其至少配套一弹性棒。弹性棒的上端、下端均插配于安装基板内，且因其受到轴向约束力作用而发生外拱形变。

作为本发明技术方案的进一步改进，相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置还包括有冲击能吸收组件。冲击能吸收组件用来吸收经由消能组件、环形漂浮体传导而来的剩余冲击能，以形成第三道碰撞防线。冲击能吸收组件围绕桥墩外围进行布置，且同时被环形漂浮体所包围。

作为本发明技术方案的更进一步改进，冲击能吸收组件优选由多件围绕桥墩外围进行周向均布的、首尾依序相连的、且贴附于环形漂浮体内侧壁上的弹性板构成。

当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，冲击能吸收组件亦可优选由多个投掷于桥墩外围的、且始终漂浮于水面上的弹性球构成。

相较于传统设计结构的桥墩防撞装置，在本发明所公开的技术方案中，消能组件用来直接吸收来自于船舶的撞击能力，而用来负担消能组件的环形漂浮体在水浮力的作用下始终漂浮于水面上，且可根据不同时段水位的不同自适应性地进行相对高度位置调整。如此，在不明显增加制造成本以及建造困难度的前提下，实现了对桥墩的全方位防护，以确保其具有迎接来自于不同方向船舶的意外碰撞的能力。

另外，还需要说明的是，来自于船舶的冲击能可被消能组件、环形漂浮体所协同、依序吸收，从而有效地优化了桥墩防撞装置受到碰撞时的受力形态，避免其局部因受到不均衡撞击力作用而受损严重现象的发生，确保其具有较长的使用寿命。

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，下面描述中的附图仅仅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是本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第一种实施例的立体示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是本发明相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第一种实施例中弧形件的立体示意图(上置穿绳环得以附带地示出)。

图5是本发明相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第一种实施例中消能组件的立体示意图。

图6是本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第二种实施例的立体示意图。

图7是本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第三种实施例的立体示意图。

1-环形漂浮体；11-弧形件；111-腹板层；112-内置泡沫芯材层；113-中心夹板层；114-外置泡沫芯材层；115-面板层；2-消能组件；21-安装基板；22-弹性橡胶棒；3-联系组件；31-上置穿绳环；32-上置引绳；33-下置穿绳环；34-下置引绳；4-冲击能吸收组件；41-弹性橡胶板；42-弹性橡胶球。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在实际应用中，桥墩防撞装置围绕桥墩进行布置，以对桥墩形成周向防护，避免其直接受到船舶的碰撞。

下面结合具体实施例，对本发明所公开的内容作进一步详细说明，图1、图2、图3分别示出了本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第一种实施例的立体示意图、俯视图及其A-A剖视图，可知，其主要由环形漂浮体1和消能组件2等几部分构成。其中，环形漂浮体1采取间隙配合方式套设于桥墩的外围，且始终漂浮于水面上。消能组件2用来直接承受来自于船舶的撞击力，且可拆卸地与环形漂浮体1组装为一体。

通过采用上述技术方案进行设置，当船舶预冲撞桥墩时，消能组件2最先与船体相顶触，以直接吸收来自于船舶的撞击能力，形成第一道碰撞防线；而布置于消能组件2内侧的环形漂浮体1用来吸收经由消能组件2传导而来的剩余冲击能，以形成第二道碰撞防线。

在实际应用中，相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置至少取得了以下几方面的有益效果，具体为：

1)桥墩防撞装置具有轻质特性，可始终漂浮于水面上，可根据不同时段水位的不同自适应性地进行相对高度位置调整，使其具有迎接来自于不同方向船舶的意外碰撞的能力，如此，在确保对桥墩可靠、全方位防护的前提下，可有效地缩短桥墩防撞装置的高度尺寸，利于降低制造成本以及现场施工困难度；

2)来自于船舶的冲击能可被消能组件2、环形漂浮体1所协同、依序吸收，从而有效地优化了桥墩防撞装置受到碰撞时的受力形态，避免其局部因受到不均衡撞击力作用而受损严重现象的发生，确保其具有较长的使用寿命，降低其后期维护频率以及维护成本。

结合附图1、2、3中所示还可以明确地看出，环形漂浮体1优选呈分体式结构，其包括有多个围绕桥墩中心轴线周向均布的、且依序首尾相连的弧形件11。在实际制造中，根据预防护桥墩的外形尺寸来确定出弧形件11的成型弧度，根据预通行船舶的吨位来确定弧形件11的防护等级(主要体现高性能防撞材料的选用)，并单独分片制造成型，如此，不但有利于降低环形漂浮体1的设计制造、制造困难度，而且还可降低转运困难度。

如图4中所示，弧形件11优选为复合层结构，沿其径向由内至外，其依序由腹板层111、内置泡沫芯材层112、中心夹板层113、外置泡沫芯材层114以及面板层115复合而成。在不明显增加制造成本的前提下，出于尽可能地降低各弧形件11的自身重量以及提升其防撞性能方面考虑，腹板层111和面板层115的材质均宜选取抗拉伸性能极强的玻璃纤维(抗拉强度在标准状态下是6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d)。内置泡沫芯材层112和外置泡沫芯材层114的材质均宜选取回弹性极好的聚氨酯(内置泡沫芯材层112和外置泡沫芯材层114因受到挤压力或扭转力发生变形，撤除外力后，其在短时间内可完全恢复原来尺寸和形状)。中心夹板层113的材质选取极高弹性极限以及屈服强度的高碳钢。如此，当弧形件11受到船舶碰撞时，面板层115最先受到船舶的碰撞(因其所选材抗拉伸性能极强特性，可避免其因受到过限撞击力作用而被扯裂、失效)，而后将冲击动能依序传导至外置泡沫芯材层114、中心夹板层113、内置泡沫芯材层112以及腹板层111，撞击能量的一部分转化为中心夹板层113的弹性势能，而剩余撞击能量的绝大部分转化为外置泡沫芯材层114和内置泡沫芯材层112的压缩蓄能。

弧形件11优选采取真空导入工艺制作成型，且出于确保中心夹板层113与内置泡沫芯材层112以及外置泡沫芯材层114之间均保持有良好的结合强度方面考虑，可预先对所选材料高碳钢的内、外侧壁进行机加工处理，以形成纵横交错的灌胶槽，如此，在高碳钢表面所形成的人为缺陷可利于液态树脂的足量浸入，且固化后的树脂因受到灌胶槽的限位作用而变向地被用作“锚固点”，从而有效地提升了弧形件11的复合强度以及受力后的结构稳定性。

已知，根据设计常识，各弧形件11可以采取多种设计结构以实现首尾相连，例如：榫卯结构、卡扣结构等，不过在此推荐一种设计结构简单，易于实施的技术方案，具体如下：如图1、2、3中所示，该相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置增设有联系组件3。联系组件3与环形漂浮体1相配套应用，其包括有上置穿绳环31、上置引绳32、下置穿绳环33以及下置引绳34。其中，上置穿孔环31、下置穿绳环33分别可拆卸地固定于弧形件11的顶壁、底壁上(优选在材质为高碳钢的中心夹板层113加工出螺纹孔，以用来适配、旋合上置穿孔环31和下置穿绳环33)。当多个弧形件11在车间预制完工后，借由驳船将其拖运至施工目的地，随后，依序将各弧形件11围绕于桥墩拼接、合拢，随后，一工人牵引着上置引绳32依序穿引各上置穿孔环31，并尾端打结，与此同时，另一工人牵引着下置引绳34依序穿引各下置穿孔环33，并尾端打结。

消能组件2亦优选设计为分体式结构，以降低制造困难度以及成本。如图5中所示，消能组件2主要由安装基板21和弹性橡胶棒22构成。安装基板21借由铆钉铆接于环形漂浮体1的外侧壁上，且预先在其上成型出有铆接工艺孔(图中未示出)。弹性橡胶棒22用来直接吸收来自于船舶的撞击力、且其垂直地插配、固定于安装基板21的外侧壁上。实际制造阶段，首先将安装基板21预制完成，且在其外侧壁上机加工出多个插配孔，随后，在组装车间将弹性橡胶棒22依次插装于插配孔中以成型为消能组件2(弹性橡胶棒22的插配段和插配孔之间优选采取过盈配合方式)，以备用。而在桥墩防撞装置现场施工阶段，施工人员手持消能组件2以将其贴放于面板层115的外侧壁上，随后，借由铆钉枪将两者铆接为一体。

再者，由图5中所示还可以明确看出，安装基板21上所插配的弹性橡胶棒22的长度值不一。且当各弹性橡胶棒22相对于安装基板21插配到位后，其自由端连线拓补为外拱弧形面，如此，当桥墩防撞装置受到船舶撞击时，位于安装基板21中心位置的弹性橡胶棒22最先与船舶顶触，其最先发生弹性形变，且倾压临近非中心位置的弹性橡胶棒22，随着撞击船舶的继续前行，非中心位置的弹性橡胶棒22亦因受到顶触力作用而倾倒，如此，不但有效地改善的消能组件2的受力形态，避免因船舶冲撞方位的不同而引起的局部受力不均衡问题的出现，而且还增加了船舶与弹性橡胶棒22的接触面积，利于撞击力缓慢地、均衡地施于消能组件2。

当然，出于实现上述相同设计目的，作为上述技术方案的另一种改型设计，针对于单个安装基板21，其至少配套一弹性橡胶棒22。弹性橡胶棒22的上端、下端均插配于安装基板21内，且因其受到轴向约束力作用而发生外拱形变(图中未示出)。

图6示出了本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第二种实施例的立体示意图，其相较于上述第一种实施方式的区别点在于：额外增设有冲击能吸收组件4。冲击能吸收组件4用来吸收经由消能组件2、环形漂浮体1传导而来的剩余冲击能，以形成第三道碰撞防线。冲击能吸收组件4优选由多件围绕桥墩外围进行周向均布的、首尾依序相连的、且贴附于环形漂浮体1内侧壁上的弹性橡胶板41构成。当船舶预冲撞桥墩时，消能组件2最先与船体相顶触，以直接吸收来自于船舶的撞击能力，形成第一道碰撞防线；布置于消能组件2内侧的环形漂浮体1用来吸收经由消能组件2传导而来的冲击能，以形成第二道碰撞防线；而布置于环形漂浮体1内侧的多个弹性橡胶板41用来吸收经由环形漂浮体1传导而来的剩余冲击能，以形成第三道碰撞防线。第一道碰撞防线、第二道碰撞防线、第三道碰撞防线相互协作以对桥墩形成周向、立体防护，最大程度上实现对船舶撞击的能量的吸收，使得桥墩免于受到剧烈冲击力的作用。

图7示出了本发明中相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置第三种实施例的立体示意图，其相较于上述第二种实施方式的区别点在于：冲击能吸收组件4由多个投掷于桥墩外围的、且始终漂浮于水面上的弹性橡胶球42构成。当各弧形件11围绕于桥墩拼接、且合拢完毕后，施工人员即可向着桥墩和环形漂浮体1之间所形成的空隙中投掷大量的弹性橡胶球42。弹性橡胶球42的功能与上述弹性橡胶板41的功能相一致，同样用来吸收经由环形漂浮体1传导而来的剩余冲击能，以形成第三道碰撞防线。

最后，需要说明的是，出于避免弹性橡胶球42因受到剧烈撞击力或破浪力作用而跃出环形漂浮体1或受挤压而下潜外溢，进而导致第三道碰撞防线功能失效方面考虑，当桥墩防撞装置施工完毕，且弹性橡胶球42被适当投掷后，可以选择在环形漂浮体1和桥墩侧壁之间同时布置上位防跳网和下位防跳网(弹性橡胶球42的活动空间被限制于环形漂浮体1、上位防跳网、下位防跳网以及桥墩侧壁所围拢而成的有限空间内)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，以对桥墩形成周向防护，其特征在于，包括环形漂浮体和消能组件；所述环形漂浮体采取间隙配合方式套设于桥墩的外围，且其相对高度位置可在水浮力的作用下根据水位不同进行自适应性调整；所述消能组件用来直接承受来自于船舶的撞击力，其可拆卸地与所述环形漂浮体组装为一体，以形成第一道碰撞防线；所述环形漂浮体具备吸收经由所述消能组件传导而来的剩余冲击能的能力，以形成第二道碰撞防线；

所述环形漂浮体呈分体式结构，其包括有多个围绕桥墩中心轴线周向均布的、且依序首尾相连的弧形件；

所述相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置还包括联系组件；所述联系组件与所述环形漂浮体相配套应用，以将各所述弧形件联系为一体；所述联系组件包括有上置穿绳环、上置引绳、下置穿绳环以及下置引绳；所述上置穿绳环、所述下置穿绳环分别可拆卸地固定于所述弧形件的顶壁、底壁上；当各所述弧形件相对于桥墩围拢完毕后，所述上置引绳依序穿引各所述上置穿绳环，而所述下置引绳依序穿引各所述下置穿绳环；

沿其径向由内至外，所述弧形件依序由腹板层、内置泡沫芯材层、中心夹板层、外置泡沫芯材层以及面板层复合而成；

所述弧形件采取真空导入工艺制作成型；且所述腹板层和所述面板层的材质均选取玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的任一种；所述内置泡沫芯材层和所述外置泡沫芯材层的材质均选取聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯中的任一种；所述中心夹板层的材质选取高碳钢，且在其内、外侧壁上均成型出有纵横交错的灌胶槽；所述上置穿绳环、所述下置穿绳环均与所述中心夹板层相施焊固定；

所述相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置还包括有冲击能吸收组件；所述冲击能吸收组件用来吸收经由所述消能组件、所述环形漂浮体传导而来的剩余冲击能，以形成第三道碰撞防线；所述冲击能吸收组件围绕桥墩外围进行布置，且同时被所述环形漂浮体所包围；

所述冲击能吸收组件由多件围绕桥墩外围进行周向均布的、首尾依序相连的、且贴附于所述环形漂浮体内侧壁上的弹性板构成，抑或所述冲击能吸收组件由多个投掷于桥墩外围的、且始终漂浮于水面上的弹性球构成。

2.根据权利要求1所述的相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，其特征在于，所述消能组件包括有安装基板和弹性棒；所述安装基板借由铆钉铆接于所述环形漂浮体的外侧壁上，且预先在其上成型出有铆接工艺孔；所述弹性棒用来直接吸收来自于船舶的撞击力、且其可拆卸地固定于所述安装基板上。

3.根据权利要求2所述的相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，其特征在于，针对于单个所述安装基板，其均配套有多个所述弹性棒；所述弹性棒均垂直地插配于所述安装基板的外侧壁上。

4.根据权利要求3所述的相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，其特征在于，以其中任一所述安装基板为例，其上所插配的所述弹性棒的长度值不一；且当各所述弹性棒相对于所述安装基板插配到位后，其自由端连线拓补为外拱弧形面。

5.根据权利要求2所述的相对高度位置可自适应调整的桥墩防撞装置，其特征在于，针对于单个所述安装基板，其至少配套一所述弹性棒；所述弹性棒的上端、下端均插配于所述安装基板内，且因其受到轴向约束力作用而发生外拱形变。

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