CN115182308A - 一种自适应水位桥墩防撞装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应水位桥墩防撞装置，包括桥墩，所述桥墩的外周部包裹有缓冲层，所述缓冲层的外周部包裹有高强钢材保护层，所述高强钢材保护层的外周部圆周均布有若干个第一橡胶齿块，两相邻第一橡胶齿块之间均设置有相接触的第二橡胶齿块，若干个第二橡胶齿块圆周均匀安装在橡胶箍环的内圈，所述第一橡胶齿块均经竖直导向结构与高强钢材保护层的外周部连接。具有以下有益效果：（1）采用内外层耗能设计，可大幅减小撞击传递给桥墩的能量；（2）外部耗能模块的高度可随水位变化而升降，自适应调节撞击面高度，更好地保护桥墩；（3）外部耗能模块为可更换部分，发生损坏后易于更换。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应水位桥墩防撞装置及其工作方法。
背景技术
桥墩是桥梁下部结构中极其重要的组成部分，支承相邻两孔桥跨，并将上部结构承受的荷载传递给基础，以保障桥梁的安全运营。但桥墩在实际使用中除承受上部结构传递的荷载和流水压力外，还可能受到通航船只和漂流物的撞击。近年来随着水运、海运交通量不断增大，由于撞击后桥墩损伤或失效而导致的桥梁坍塌事故逐渐增多，导致水陆交通中断，严重影响交通出行和物流运输。因此，为保证处于较大撞击风险下桥梁上部结构的整体安全，桥墩除了自身应具有足够的强度、刚度及稳定性，还可以通过外部装置实现撞击防护。
目前，为了保护桥墩免受船只、漂流物撞击，主要通过设置主动和被动防撞措施来避免事故的发生，其中被动防撞措施可分为“直接构造”和“间接构造”两类，区别在于桥墩自身是否参与了撞击受力。“间接构造”指通过在桥墩外侧设置墩外墩、防撞桩群、拦网系统等构造物，与桥墩保持一定距离，避免了直接撞击，即撞击力不传递到桥墩，绝大部分撞击能量由构造物承担。但该措施要求构造物具有足够的强度和刚度，才能阻止船只和漂流物在首次撞击后继续撞向桥墩。此外，此类构造物的制作费用较高，仅对桥墩起防护作用，无法避免船只的损伤。
“直接构造”是通过在桥墩外表面上设置橡胶、气囊等保护装置，利用内部构造耗能，减小传递到桥墩的能量。在使用中与桥墩共同承受船只撞击，其间利用了桥墩自身的水平抗力。相较于间接构造，该方式造价较低且可一定程度保护船只，但构造物防撞能力较弱、容易损坏，且损坏后保护能力下降，维修更换不便。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应水位桥墩防撞装置及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自适应水位桥墩防撞装置，包括桥墩，所述桥墩的外周部包裹有缓冲层，所述缓冲层的外周部包裹有高强钢材保护层，所述高强钢材保护层的外周部圆周均布有若干个第一橡胶齿块，两相邻第一橡胶齿块之间均设置有相接触的第二橡胶齿块，若干个第二橡胶齿块圆周均匀安装在橡胶箍环的内圈，所述第一橡胶齿块均经竖直导向结构与高强钢材保护层的外周部连接。
优选的，所述缓冲层为橡胶缓冲层。
优选的，所述高强钢材保护层的形状为圆环形。
优选的，所述竖直导向结构均包括竖直开设在高强钢材保护层外周壁上的T形导槽，所述第一橡胶齿块的内端均固设有用以嵌入T形导槽的T形导块，所述第一橡胶齿块的高度小于T形导槽的高度。
优选的，所述T形导槽的顶端与底端均贯通高强钢材保护层的顶端与底端，所述T形导槽的顶端与底端均固设有U形的插槽口，所述插槽口上均过盈插设有用以封堵T形导槽的端部贯通口的可拆装金属片。
优选的，所述第二橡胶齿块也均经竖直导向结构与橡胶箍环的内圈连接，其中第二橡胶齿块的高度与橡胶箍环内圈的T形导槽的高度相等，橡胶箍环内圈的T形导槽顶端与底端的贯通口上同样也固设有U形的插槽口，U形的插槽口上也过盈插设有用以封堵住该处T形导槽的端部贯通口的金属片。
优选的，所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的形状均为类等腰梯形，第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的等腰边相互接触。
优选的，所述橡胶箍环包括四个四分之一圆弧的环体，相邻环体的端部之间经螺栓螺接为一体，四个四分之一圆弧的环体整体组成圆环形结构。
优选的，所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的内部均为空心。
一种自适应水位桥墩防撞装置的工作方法，按以下步骤进行：
（1）按从内到外的顺序，先将缓冲层贴合到桥墩，再于其上安装高强钢材保护层，然后沿高强钢材保护层外表面的T形导槽安装第一橡胶齿块，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
（2）将第二橡胶齿块安装于四个四分之一圆弧的环体上，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
（3）将四个四分之一圆弧的环体通过螺栓连接，包裹住内部的保护模块；
（4）正常使用时，装置外侧耗能模块随航道水位变化而自动升降，即第一橡胶齿块与第二橡胶齿块之间、第一橡胶齿块与高强钢材保护层之间能够随航道水位变化而自动升降，自适应调节撞击面高度；
（5）撞击发生时，最外侧橡胶箍环通过压缩变形吸收一部分撞击能量，剩余能量传给第一橡胶齿块、第二橡胶齿块，二者通过自身变形和摩擦错动再吸收一部分能量，并将剩余能量传给高强钢材保护层，后者将能量传递给缓冲层，撞击后若发现外部模块发生损坏，可直接更换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）采用内外层耗能设计，可大幅减小撞击传递给桥墩的能量；（2）外部耗能模块的高度可随水位变化而升降，自适应调节撞击面高度，更好地保护桥墩；（3）外部耗能模块为可更换部分，发生损坏后易于更换。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的俯视图。
图2为本发明实施例的侧视图。
图3为图2的A局部放大视图。
图4为T形导槽的连接俯视图。
图5为T形导槽的连接立体图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1~5所示，本实施例提供了一种自适应水位桥墩防撞装置，包括桥墩1，所述桥墩的外周部包裹有缓冲层2，所述缓冲层的外周部包裹有高强钢材保护层3，所述高强钢材保护层的外周部圆周均布有若干个第一橡胶齿块4，两相邻第一橡胶齿块之间均设置有相接触的第二橡胶齿块5，受到撞击时通过材料自身变形及相互间摩擦错动来消耗能量，若干个第二橡胶齿块圆周均匀安装在橡胶箍环6的内圈，所述第一橡胶齿块均经竖直导向结构与高强钢材保护层的外周部连接。
包含缓冲层、高强钢材保护层的内部保护模块和第一橡胶齿块、第二橡胶齿块、橡胶箍环的外部耗能模块，外部耗能模块吸收撞击时产生的大部分能量，而后剩余能量传递给内部保护模块，后者起到连接固定桥墩和外部耗能模块的作用，还能吸收部分撞击能量。该装置具有自适应水位、易于更换和防撞性能好等特点，可通过装置内部的错位移动及多层耗能层来消耗船只和漂流物撞击时产生的能量，保护桥墩免受损坏。内部保护模块安装高度依据水文调查确定，采用耐久性材料制作。而外部耗能模块采用轻型材料，依靠自身浮力使模块一部分位于水面之上，通过竖直导向结构与内部保护模块相连，标高小于内部保护模块，并可随水位变化而升降，能自适应调节撞击面高度，更好地保护桥墩。
在本发明实施例中，所述缓冲层为橡胶缓冲层，可减小撞击产生的能量。
在本发明实施例中，所述高强钢材保护层的形状为圆环形。
在本发明实施例中，所述竖直导向结构均包括竖直开设在高强钢材保护层外周壁上的T形导槽7，所述第一橡胶齿块的内端均固设有用以嵌入T形导槽的T形导块8，所述第一橡胶齿块的高度小于T形导槽的高度。
在本发明实施例中，所述T形导槽的顶端与底端均贯通高强钢材保护层的顶端与底端，所述T形导槽的顶端与底端均固设有U形的插槽口9，所述插槽口上均过盈插设有用以封堵T形导槽的端部贯通口的可拆装金属片10。
在本发明实施例中，所述第二橡胶齿块也均经竖直导向结构与橡胶箍环的内圈连接，其中第二橡胶齿块的高度与橡胶箍环内圈的T形导槽的高度相等，橡胶箍环内圈的T形导槽顶端与底端的贯通口上同样也固设有U形的插槽口，U形的插槽口上也过盈插设有用以封堵住该处T形导槽的端部贯通口的金属片。
在本发明实施例中，所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的形状均为类等腰梯形，第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的等腰边相互接触。
在本发明实施例中，所述橡胶箍环包括四个四分之一圆弧的环体11，相邻环体的端部之间经螺栓12螺接为一体，四个四分之一圆弧的环体整体组成圆环形结构。
在本发明实施例中，所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的内部均为空心。
一种自适应水位桥墩防撞装置的工作方法，按以下步骤进行：
（1）按从内到外的顺序，先将缓冲层贴合到桥墩，再于其上安装高强钢材保护层，然后沿高强钢材保护层外表面的T形导槽安装第一橡胶齿块，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
（2）将第二橡胶齿块安装于四个四分之一圆弧的环体上，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
（3）将四个四分之一圆弧的环体通过螺栓连接，包裹住内部的保护模块；
（4）正常使用时，装置外侧耗能模块随航道水位变化而自动升降，即第一橡胶齿块与第二橡胶齿块之间、第一橡胶齿块与高强钢材保护层之间能够随航道水位变化而自动升降，自适应调节撞击面高度；
（5）撞击发生时，最外侧橡胶箍环通过压缩变形吸收一部分撞击能量，剩余能量传给第一橡胶齿块、第二橡胶齿块，二者通过自身变形和摩擦错动再吸收一部分能量，并将剩余能量传给高强钢材保护层，后者将能量传递给缓冲层，撞击后若发现外部模块发生损坏，可直接更换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：包括桥墩，所述桥墩的外周部包裹有缓冲层，所述缓冲层的外周部包裹有高强钢材保护层，所述高强钢材保护层的外周部圆周均布有若干个第一橡胶齿块，两相邻第一橡胶齿块之间均设置有相接触的第二橡胶齿块，若干个第二橡胶齿块圆周均匀安装在橡胶箍环的内圈，所述第一橡胶齿块均经竖直导向结构与高强钢材保护层的外周部连接。
2.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述缓冲层为橡胶缓冲层。
3.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述高强钢材保护层的形状为圆环形。
4.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述竖直导向结构均包括竖直开设在高强钢材保护层外周壁上的T形导槽，所述第一橡胶齿块的内端均固设有用以嵌入T形导槽的T形导块，所述第一橡胶齿块的高度小于T形导槽的高度。
5.根据权利要求4所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述T形导槽的顶端与底端均贯通高强钢材保护层的顶端与底端，所述T形导槽的顶端与底端均固设有U形的插槽口，所述插槽口上均过盈插设有用以封堵T形导槽的端部贯通口的可拆装金属片。
6.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述第二橡胶齿块也均经竖直导向结构与橡胶箍环的内圈连接，其中第二橡胶齿块的高度与橡胶箍环内圈的T形导槽的高度相等，橡胶箍环内圈的T形导槽顶端与底端的贯通口上同样也固设有U形的插槽口，U形的插槽口上也过盈插设有用以封堵住该处T形导槽的端部贯通口的金属片。
7.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的形状均为类等腰梯形，第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的等腰边相互接触。
8.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述橡胶箍环包括四个四分之一圆弧的环体，相邻环体的端部之间经螺栓螺接为一体，四个四分之一圆弧的环体整体组成圆环形结构。
9.根据权利要求1所述的自适应水位桥墩防撞装置，其特征在于：所述第一橡胶齿块与第二橡胶齿块的内部均为空心。
10.一种如权利要求1-9任一所述的自适应水位桥墩防撞装置的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：
按从内到外的顺序，先将缓冲层贴合到桥墩，再于其上安装高强钢材保护层，然后沿高强钢材保护层外表面的T形导槽安装第一橡胶齿块，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
将第二橡胶齿块安装于四个四分之一圆弧的环体上，并通过金属片过盈插设在该处U形的插槽口上，堵住该处T形导槽的端部贯通口；
将四个四分之一圆弧的环体通过螺栓连接，包裹住内部的保护模块；
正常使用时，装置外侧耗能模块随航道水位变化而自动升降，即第一橡胶齿块与第二橡胶齿块之间、第一橡胶齿块与高强钢材保护层之间能够随航道水位变化而自动升降，自适应调节撞击面高度；
撞击发生时，最外侧橡胶箍环通过压缩变形吸收一部分撞击能量，剩余能量传给第一橡胶齿块、第二橡胶齿块，二者通过自身变形和摩擦错动再吸收一部分能量，并将剩余能量传给高强钢材保护层，后者将能量传递给缓冲层，撞击后若发现外部模块发生损坏，可直接更换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |