CN115369826A - 一种桥墩保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥墩保护装置，涉及海洋桥梁工程技术领域，解决了现有桥梁墩柱防撞装置为实心结构，存在抵抗冲击力小易损坏的问题。一种桥墩保护装置，其包括筒体以及设置在筒体中的多个吸能组件；筒体包括第一筒体、第二筒体和第三筒体，第一筒体的内壁设置有绕桥墩自由转动的滚动卸力组件；吸能组件包括第一铰接座、第二铰接座以及连接柱，第一铰接座设置在第一筒体的外壁，第二铰接座交错设置在第二筒体的内壁，使得多个吸能组件向内旋聚。本发明利用吸能组件在发生冲击时的角度变化来维持整体在遭受海浪冲击和船舶撞击时的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋桥梁工程技术领域，具体涉及一种波桥墩保护装置。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
跨海交通工程面临复杂多变的海洋环境及波浪、流、冲刷、撞击、腐蚀等问题，使得桥梁服役过程中将遭受更为严苛的环境条件，在风浪荷载和波浪荷载的条件下，结构发生破坏将导致难以估计的巨大损失。因此，为防止此类事故的发生，新建的桥梁都会选择在桥墩部位防护，使船撞、波浪冲击、腐蚀等损害降到最低。
然而，传统的桥梁墩柱防撞装置存在许多限制因素，如目前应用较多的钢结构防撞装置，存在耗用材料量大，建设缓慢，施工成本高、易腐蚀等缺点；且在发生撞击作用后变形较大不能重复使用，难以应对快速发展的海洋桥梁工程建设和保护需求。此外，传统防撞装置多为实心结构，不能长时间抵抗波浪冲击和传播撞击，而且随着腐蚀和老化，后期拆除困难，给环境保护需求带来了不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥墩保护装置，以解决现有桥梁墩柱防撞装置为实心结构，存在抵抗冲击力小易损坏的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种桥墩保护装置，其包括筒体以及设置在筒体中的多个吸能组件；筒体包括由内到外依次设置的第一筒体、第二筒体和第三筒体，第一筒体的内壁设置有绕桥墩自由转动的滚动卸力组件；吸能组件包括第一铰接座、第二铰接座以及连接第一铰接座和第二铰接座的连接柱，第一铰接座设置在第一筒体的外壁，第二铰接座交错设置在第二筒体的内壁，使得多个吸能组件向内旋聚。
采用上述技术方案的有益效果为：将筒体套设在桥墩上，滚动卸力组件与桥墩接触，当第三筒体受到波浪冲击和船舶撞击时，第二筒体受力一侧的连接柱发生一定角度的倾斜，同时随着受力能量逐渐扩散，多个连接柱联动旋聚，将受力能量进行环形吸能并带动第一筒体进行一定角度的转动，同步地，第一筒体带动滚动卸力组件进行转动，受力能量得到进一步地减少，导致传递至桥墩的受力能量大大减少，从而对桥墩进行保护。
本技术方案的吸能组件显著了提高桥梁墩柱的服役能力，在受到撞击时利用其可转动的特性来达到卸力的作用，避免了直接撞击所带来的巨大船撞力，多个吸能组件环向吸能并在受撞击侧附近发生角度变化，延长了冲击的时间，显著增强桥墩对与撞击与波浪冲击的抵抗能力。利用吸能组件在发生冲击时的角度变化来维持整体在遭受海浪冲击时的稳定性，连接柱可以在单点撞击时整体向内旋聚，从而带动第二筒体和第三筒体整体向内收缩，产生巨大弹性形变，吸收大量船舶动能，同时进一步延长了撞击时间，降低了船撞力峰值。传统环形防撞结构在单点撞击时，其余部位无明显响应，此种方式降低了防护性能，其次，造成巨大材料资源浪费与低利用率的制造施工成本。本技术方案通过在第一筒体和第二筒体设置吸能组件，使得在任何位置的撞击，均能转化为装置全局的响应；并将局部可能出现的塑性应变或材料屈服，转变为整体的弹性形变，极大提高、延长了材料利用率、装置性能与材料的服役时间。本技术方案的筒体由三层筒体形成，并不是实心结构，有利于快速安装于所需保护桥墩，增加了装置的使用年限，在发生损坏时便于更换，本技术方案产生的有益效果也即解决了现有的桥梁墩柱防撞装置为实心结构，存在抵抗冲击力小易损坏的问题。
进一步地，滚动卸力组件包括顶部固定圆环、底部固定圆环以及设置在顶部固定圆环和底部固定圆环之间多个滚轴，沿顶部固定圆环和底部固定圆环的圆周方向分别设有多个开口滑块；滚轴的两端分别嵌设在相对应的开口滑块中，顶部固定圆环和底部固定圆环分别设置有用于卡住第一筒体的卡槽。
采用上述技术方案的有益效果为：当第一筒体进行转动时，多个滚轴相对桥墩进行滚动，滚动卸力组件可以绕桥墩自由转动，使得桥墩未直接受力。当船桥撞击且撞击存在一定偏角时，滚动卸力组件可以自主产生转动，改变船舶运动方向，从而减少船舶动能转移到桥墩上，卸去大量撞击为桥墩带来的能量，延长撞击时间，降低了船撞力峰值。在复杂的海况与波浪荷载下，自由转动的性质一定程度下能够避免零件和节点间水平面扭矩与剪力的产生，此外在长峰波荷载下，装置可绕桥墩均匀转动，零件和节点处无较大响应。
进一步地，顶部固定圆环的开口滑块之间分别设置有筒体定位块，筒体定位块通过第一定位销与第一筒体连接。
进一步地，顶部固定圆环和底部固定圆环均包括相互可拆卸连接的第一半圆环和第二半圆环，第一半圆环的两端分别设置有连接垫片，第二半圆环的两端分别通过连接键与相对应的连接垫片连接。
采用上述技术方案的有益效果为：将顶部固定圆环和底部固定圆环设置为拆分的两部分，方便快速安装和拆卸，而且操作过程简单。
进一步地，第二筒体包括相互卡接的第一半包围筒体和第二半包围筒体，第一半包围筒体和第二半包围筒体榫卯连接。
进一步地，第一半包围筒体和第二半包围筒体的内侧分别设置筒体连接块，筒体连接块之间通过第二定位销连接。
采用上述技术方案的有益效果为：第一半包围筒体和第二半包围筒体相互连接后，第二定位销依次连接筒体连接块，避免第一半包围筒体和第二半包围筒体分离，同时，燕尾形榫头与燕尾槽形卯孔采用了榫卯的连接方式，结构紧凑，且易于拆卸和安装。
进一步地，第三筒体包括蜂窝结构层以及包裹在蜂窝结构层外的外筒体，蜂窝结构层的内壁均布有燕尾卡块，第二筒体设置有与燕尾卡块配合的安装通孔。
进一步地，外筒体的内壁设置有胶层，外筒体的外壁设置有防腐层。
采用上述技术方案的有益效果为：蜂窝结构层与外筒体可以产生较大的弹性形变，且含有一定的应变率效应，在船桥撞击时延长撞击时间和吸收动能效果明显，蜂窝结构层自身可以进行吸能，蜂窝结构层再配合吸能组件，可实现多方向弹性应变的耦合，将船舶动能转化为弹性势能效果显著。面对复杂波浪荷载，其在一定程度上能够起到良好衰减作用，在频域内，滤除高频波带来的影响；削弱低频波在装置内和节点间的传递，结合在筒体外设置防腐层，有效提高装置的使用寿命。
进一步地，第一铰接座和第二铰接座为球铰支座，连接柱的两端分别与第一铰接座和第二铰接座螺纹连接。
采用上述技术方案的有益效果为：第一铰接座和第二铰接座为球铰支座使得第一筒体和第二筒体在铅锤方向上产生微小错位，在面对短峰波以及湍流影响时，铅锤方向筒体间错位导致的节点处铅锤方向扭矩、剪力的产生往往是导致节点损坏的主要原因，通过球铰的使用，极大避免了该现象的发生。同时，传统固定铰约束，存在杆件与约束端处存在巨大应力集中现象，但是球铰支座放大了接触面，减小了应力集中现象的发生，降低了脆性破化的风险。
进一步地，筒体的底部设置有套设在桥墩上的环形气囊式浮体，环形气囊式浮体的外环延伸至第三筒体，环形气囊式浮体的内环延伸至第一筒体。
采用上述技术方案的有益效果为：在安装筒体之前，先安装环形气囊式浮体，工作人员可根据船舶相对海平面高度，调整浮体，将装置整体高度保持在一个稳定区间。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的吸能组件显著了提高桥梁墩柱的服役能力，在受到撞击时利用其可转动的特性来达到卸力的作用，避免了直接撞击所带来的巨大船撞力，多个吸能组件环向吸能并在受撞击侧附近发生角度变化，延长了冲击的时间，显著增强桥墩对与撞击与波浪冲击的抵抗能力。通过在第一筒体和第二筒体设置吸能组件，使得在任何位置的撞击，均能转化为装置全局的响应；并将局部可能出现的塑性应变或材料屈服，转变为整体的弹性形变，极大提高、延长了材料利用率、装置性能与材料的服役时间。
(2)本发明的滚动卸力组件可以绕桥墩自由转动，使得桥墩未直接受力，当船桥撞击且撞击存在一定偏角时，滚动卸力组件可以自主产生转动，改变船舶运动方向，减少船舶动能转移到桥墩上，卸去大量撞击力，延长撞击时间，降低了船撞力峰值。在复杂的海况与波浪荷载下，自由转动的性质一定程度下能够避免零件和节点间水平面扭矩与剪力的产生，此外在长峰波荷载下，装置可绕桥墩均匀转动，零件和节点处无较大响应。
(3)本发明的蜂窝结构层与外筒体可以产生较大的弹性形变，且含有一定的应变率效应，在船桥撞击时延长撞击时间和吸收动能效果明显，蜂窝结构层自身可以进行吸能，蜂窝结构层再配合吸能组件，可实现多方向弹性应变的耦合，将船舶动能转化为弹性势能效果显著。面对复杂波浪荷载，其在一定程度上能够起到良好衰减作用，在频域内，滤除高频波带来的影响；削弱低频波在装置内和节点间的传递，结合在筒体外设置防腐层，有效提高装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明桥墩保护装置的结构示意图。
图2为本发明桥墩保护装置的爆炸图。
图3为本发明的滚动卸力组件的结构示意图。
图4为本发明的顶部固定圆环的结构示意图。
图5本发明的第二筒体的结构示意图。
图6本发明的蜂窝结构层的结构示意图。
图7本发明的撞击环形吸能的示意图。
图中：1-筒体；101-第一筒体；102-第二筒体；121-第一半包围筒体；122-第二半包围筒体；123-燕尾形榫头；124-燕尾槽形卯孔；125-筒体连接块；126-第二定位销；103-第三筒体；131-蜂窝结构层；132-外筒体；133-燕尾卡块；134-安装通孔；2-吸能组件；201-第一铰接座；202-第二铰接座；203-连接柱；3-滚动卸力组件；301-顶部固定圆环；302-底部固定圆环；303-滚轴；304-开口滑块；305-筒体定位块；306-第一定位销；311-第一半圆环；312-第二半圆环；313-连接垫片；314-连接键；4-环形气囊式浮体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1、图2和图7，一种桥墩保护装置，其包括筒体1以及设置在筒体1中的多个吸能组件2；筒体1包括由内到外依次设置的第一筒体101、第二筒体102和第三筒体103，第一筒体101的内壁设置有绕桥墩自由转动的滚动卸力组件3。吸能组件2包括第一铰接座201、第二铰接座202以及连接第一铰接座201和第二铰接座202的连接柱203，第一铰接座201设置在第一筒体101的外壁，第二铰接座202交错设置在第二筒体102的内壁，使得多个吸能组件2向内旋聚。
第一筒体101的顶部圆周方向设置有多个用于连接滚动卸力组件3的通孔。
请参照图2至图4，滚动卸力组件3包括顶部固定圆环301、底部固定圆环302以及设置在顶部固定圆环301和底部固定圆环302之间多个滚轴303，顶部固定圆环301和底部固定圆环302均包括相互可拆卸连接的第一半圆环311和第二半圆环312，第一半圆环311的两端分别设置有连接垫片313，第二半圆环312的两端分别通过连接键314与相对应的连接垫片313连接，连接键314为螺钉，连接件依次穿过第一半圆环311和连接垫片313后连接有螺母。将顶部固定圆环301和底部固定圆环302设置为拆分的两部分，方便快速安装和拆卸，而且操作过程简单。沿顶部固定圆环301和底部固定圆环302的圆周方向分别设有多个开口滑块304，在本实施例中根据使用需求设置顶部固定圆环301和底部固定圆环302分别设置有7个开口滑块304和滚轴303，在其他实施例中可以设置多于或少于7个的开口滑块304和滚轴303，滚轴303的两端分别嵌设在相对应的开口滑块304。滚轴303的两端分别套设有润滑块，润滑块与开口滑块304相配合，且滚轴303的直径大于润滑块的直径，从而确保滚轴303可直接接触桥墩，润滑块可以稳定卡在相对应开口滑块304里，以便撞击发生时完成旋转。顶部固定圆环301的开口滑块304之间分别设置有筒体定位块305，第一筒体101通过第一定位销306与筒体定位块305连接，第一定位销306依次穿过第一筒体101、筒体定位块305。当第一筒体101进行转动时，多个滚轴303相对桥墩进行滚动，滚动卸力组件3可以绕桥墩自由转动，撞击力的传递时间变长，从而降低力的峰值。当船桥撞击且撞击存在一定偏角时，滚动卸力组件3可以自主产生转动，改变船舶运动方向，减少船舶动能转移到桥墩上，卸去大量撞击力，延长撞击时间，降低了船撞力峰值。在复杂的海况与波浪荷载下，自由转动的性质一定程度下能够避免零件和节点间水平面扭矩与剪力的产生，此外在长峰波荷载下，装置可绕桥墩均匀转动，零件和节点处无较大响应。
值得说明的是，第一筒体101、第二筒体102、连接柱203和滚轴303的材质均为玻璃钢，利用其强度高和耐腐蚀的特点，用于抵抗波浪荷载及在海面上保持相对完整的形态，显著增加了构件的服役期限，在其他实施例中第一筒体101、第二筒体102、连接柱203和滚轴303的材质也可以为其他具有防腐性和刚性的材料。
请参照图2和图5，第二筒体102包括相互卡接的第一半包围筒体121和第二半包围筒体122，第一半包围筒体121和第二半包围筒体122的连接处均间隔设置有燕尾形榫头123，相邻的两个燕尾形榫头123之间形成燕尾槽形卯孔124。燕尾形榫头123的内侧分别设置筒体连接块125，筒体连接块125之间通过第二定位销126连接。在本实施例中，第一半包围筒体121和第二半包围筒体122的连接处分别设置有2个燕尾形榫头123并形成2个燕尾槽形卯孔124，当第一半包围筒体121与第二半包围筒体122连接后，分别用2个第二定位销126依次连接4个燕尾形榫头123。第一半包围筒体121和第二半包围筒体122相互连接后，第二定位销126依次连接筒体连接块125，避免第一半包围筒体121和第二半包围筒体122分离，同时，燕尾形榫头123与燕尾槽形卯孔124采用了榫卯的连接方式，结构紧凑，且易于拆卸和安装。
第一铰接座201和第二铰接座202为球铰支座，连接柱203的两端分别加工有外螺纹并与第一铰接座201和第二铰接座202螺纹连接。第一铰接座201和第二铰接座202为球铰支座，使得第一筒体101和第二筒体102在铅锤方向上产生微小错位，在面对短峰波以及湍流影响时，铅锤方向筒体1间错位导致的节点处铅锤方向扭矩、剪力的产生往往是导致节点损坏的主要原因，通过球铰的使用，极大避免了该现象的发生。同时，传统固定铰约束，存在杆件与约束端处存在巨大应力集中现象，但是球铰支座放大了接触面，减小了应力集中现象的发生，降低了脆性破化的风险。
请参照图2和图6，第三筒体103包括蜂窝结构层131以及包裹在蜂窝结构层131外的外筒体132，蜂窝结构层131的内壁均布有燕尾卡块133，第二筒体102设置有与燕尾卡块133配合的安装通孔134，蜂窝结构为工厂预制的，采用聚丙烯材料制作，燕尾卡块133与蜂窝结构为同模共制，因此燕尾卡块133具有一定的柔性，安装时可以进行一定程度的变形从而安装到安装通孔134中，实现蜂窝结构层131与第二筒体102的连接。外筒体132的材质为EVA材料，外筒体132的内壁设置有胶层，外筒体132的外壁分别设置有防腐层。外筒体132为对称设置的半圆结构，利用聚丙烯材料的弹性将蜂窝结构层131卡住后，使用胶层也即HY-T160树脂胶水粘合，再喷涂防腐层，防腐层为聚脲。蜂窝结构层131与外筒体132可以产生较大的弹性形变，且含有一定的应变率效应，在船桥撞击时延长撞击时间和吸收动能效果明显，蜂窝结构层131自身可以进行吸能，蜂窝结构层131再配合吸能组件2，可实现多方向弹性应变的耦合，将船舶动能转化为弹性势能效果显著。面对复杂波浪荷载，其在一定程度上能够起到良好衰减作用，在频域内，滤除高频波带来的影响；削弱低频波在装置内和节点间的传递，结合在筒体1外设置防腐层，有效提高装置的使用寿命。
筒体1的底部设置有套设在桥墩上的环形气囊式浮体4，环形气囊式浮体4的外环延伸至第三筒体103，环形气囊式浮体4的内环延伸至第一筒体101。环形气囊式浮体4的外表面喷涂有聚脲，浮体材料以橡胶为主，是工厂预制环形气囊，套于桥墩上后再进行充气。在安装筒体1之前，先安装环形气囊式浮体4，工作人员可根据船舶相对海平面高度，调整浮体，将装置整体高度保持在一个稳定区间。
工作过程：筒体1套设在桥墩上后，滚动卸力组件3与桥墩接触，当第三筒体103受到波浪冲击和船舶撞击时，第二筒体102受力一侧的连接柱203发生一定角度的倾斜，同时随着受力能量逐渐扩散，多个连接柱203联动旋聚，将受力能量进行环形吸能并带动第一筒体101进行一定角度的转动，同步地，第一筒体101带动滚动卸力组件3进行转动，受力能量得到进一步地减少，导致传递至桥墩的受力能量大大减少，从而对桥墩进行保护。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)
1.一种桥墩保护装置，其特征在于，包括：筒体(1)以及设置在所述筒体(1)中的多个吸能组件(2)；
所述筒体(1)包括由内到外依次设置的第一筒体(101)、第二筒体(102)和第三筒体(103)，所述第一筒体(101)的内壁设置有绕桥墩自由转动的滚动卸力组件(3)；
所述吸能组件(2)包括第一铰接座(201)、第二铰接座(202)以及连接所述第一铰接座(201)和第二铰接座(202)的连接柱(203)，所述第一铰接座(201)设置在所述第一筒体(101)的外壁，所述第二铰接座(202)交错设置在所述第二筒体(102)的内壁，使得多个所述吸能组件(2)向内旋聚。
2.根据权利要求1所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述滚动卸力组件(3)包括顶部固定圆环(301)、底部固定圆环(302)以及设置在所述顶部固定圆环(301)和所述底部固定圆环(302)之间多个滚轴(303)，沿所述顶部固定圆环(301)和所述底部固定圆环(302)的圆周方向分别设有多个开口滑块(304)；所述滚轴(303)的两端分别嵌设在相对应的开口滑块(304)中，所述顶部固定圆环(301)和所述底部固定圆环(302)分别设置有用于卡住所述第一筒体(101)的卡槽。
3.根据权利要求2所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述顶部固定圆环(301)的开口滑块(304)之间分别设置有筒体定位块(305)，所述筒体定位块(305)通过第一定位销(306)与所述第一筒体(101)连接。
4.根据权利要求2所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述顶部固定圆环(301)和底部固定圆环(302)均包括相互可拆卸连接的第一半圆环(311)和第二半圆环(312)，所述第一半圆环(311)的两端分别设置有连接垫片(313)，所述第二半圆环(312)的两端分别通过连接键(314)与相对应的连接垫片(313)连接。
5.根据权利要求1所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述第二筒体(102)包括相互卡接的第一半包围筒体(121)和第二半包围筒体(122)，所述第一半包围筒体(121)和所述第二半包围筒体(122)榫卯连接。
6.根据权利要求5所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述第一半包围筒体(121)和第二半包围筒体(122)的内侧分别设置筒体连接块(125)，所述筒体连接块(125)之间通过第二定位销(126)连接。
7.根据权利要求1所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述第三筒体(103)包括蜂窝结构层(131)以及包裹在所述蜂窝结构层(131)外的外筒体(132)，所述蜂窝结构层(131)的内壁均布有燕尾卡块(133)，所述第二筒体(102)设置有与所述燕尾卡块(133)配合的安装通孔(134)。
8.根据权利要求7所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述外筒体(132)的内壁设置有胶层，所述外筒体(132)的外壁设置有防腐层。
9.根据权利要求1所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述第一铰接座(201)和第二铰接座(202)为球铰支座，所述连接柱(203)的两端分别与所述第一铰接座(201)和第二铰接座(202)螺纹连接。
10.根据权利要求1至9任一项所述的桥墩保护装置，其特征在于，所述筒体(1)的底部设置有套设在桥墩上的环形气囊式浮体(4)，所述环形气囊式浮体(4)的外环延伸至所述第三筒体(103)，所述环形气囊式浮体(4)的内环延伸至所述第一筒体(101)。
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