CN115949030A - 一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置及其施工方法,该防撞装置包括系列多边形纤维增强复合管内填吸能材料而成的蜂窝状复材吸能结构、系列多边形钢管内灌混凝土而成的蜂窝状钢砼组合结构。其中,多边形钢管通过植入式膨胀螺栓固定于桥墩侧面,各区格钢管和复材管之间通过连接螺栓逐个拼装为整体。该装置的外层复材吸能结构和内层钢砼组合结构二者叠合将构筑防撞“二道防线”,利用复材吸能结构的大变形和吸能能力,保障船只不受损、人员不受伤,利用钢砼组合结构的高强高刚度,有效保护桥墩不受损和防止桥梁倒塌,因此具有优越的抗撞击性能。
Description
技术领域
本发明涉及桥墩防撞结构技术领域,具体是一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置及其施工方法。
背景技术
随着交通运输业的快速发展,我国近期修建的跨越通航江河、港区和海峡的大型桥梁数量逐步增多,而航道上的船舶数量也不断增加且船型趋于大型化,使得桥梁和通行船舶之间的矛盾日趋突出,因此船舶撞击桥墩的事故亦不断增加。桥墩作为桥梁的主要承重构件,一旦被船只撞击,轻则造成桥墩损伤,影响其使用寿命,重则引发桥梁倒塌,可能导致重大人员伤亡和经济损失,对于公路、铁路和水路运输造成严重影响。
因此,为了保护桥墩,需要在重要航道桥梁的桥墩外围设置防撞装置。然而,现有防撞装置存在以下不足:首先,缺乏“多道防线”防撞机制,对于轻撞和重撞情况缺乏二者兼顾的有效保护功能;其次,对于遭受撞击后的防撞装置缺乏局部可拆换体系,造成撞后只能全部拆除重建,从而不仅导致严重的经济浪费,也将引起修复时间过长和交通中断过久的不利影响。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置及其施工方法,该防撞装置具有防撞性能高、装配化便捷施工、便于局部拆换等优点,有利于提高航道桥梁的防撞性能,避免或减小由于船只撞击而引发的重大事故风险。
为了实现上述的技术目的,本发明所采用的技术方案为:
一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,包括内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构,所述内层钢砼组合结构固定于桥墩的侧面,所述外层复材吸能结构与内层钢砼组合结构固定连接;所述内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构均呈蜂窝状。
进一步的,所述内层钢砼组合结构包括多边形钢管与混凝土,内侧多边形钢管固定于桥墩的侧面,相邻多边形钢管间固定连接,形成蜂窝状钢结构,所述混凝土浇灌于多边形钢管中。
进一步的,所述外层复材吸能结构包括多边形纤维增强复合管与吸能材料,内侧多边形纤维增强复合管与多边形钢管固定连接,且相邻多边形钢管间固定连接,形成形成蜂窝状复材结构,所述多边形纤维增强复合管中填充吸能材料。
进一步的,内侧多边形钢管通过植入式膨胀螺栓固定于桥墩的侧面。
进一步的,相邻的多边形纤维增强复合管间、相邻的多边形钢管间以及相邻的多边形纤维增强复合管与多边形钢管间均通过连接螺栓固定连接。
优选的,所述外层复材吸能结构的最外侧设置有橡胶护舷与爬梯。
优选的,所述桥墩表面与多边形钢管之间设置有粘钢胶。
优选的,所述多边形钢管选用低碳钢管、合金钢管、不锈钢管、耐候钢管、高强钢管中的任意一种;
所述多边形纤维增强复合管选用碳纤维管、玻璃纤维管、玄武岩纤维管、混杂纤维管中的任意一种;
所述吸能材料选用橡胶、乳胶、海绵、多孔泡沫吸能材料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的任意一种。
本发明还提供了一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置的施工方法,包括以下步骤:
1)在多边形钢管和多边形纤维增强复合管管壁沿高度方向开设系列螺栓孔;
2)对桥墩侧面的混凝土表面进行清洗和平整处理,并在相应位置用冲击钻打孔,将植入式膨胀螺栓穿过多边形钢管上的螺栓孔,并打入桥墩混凝土中,对钢管进行固定;
3)利用灌浆设备将粘钢胶注入钢管与桥墩表面的间隙中,并用橡皮锤敲打钢管以确认是否灌注密实;
4)利用连接螺栓将外层多边形钢管逐个拼装,形成蜂窝状钢结构,接着继续利用连接螺栓将多边形纤维增强复合管与多边形钢管进行装配式连接,并将外层多边形纤维增强复合管逐个拼接,形成蜂窝状复材结构;
5)在多边形钢管中浇灌混凝土,在多边形纤维增强复合管中填充吸能材料,完成防撞装置主体施工。
进一步的,上述施工方法还包括:在最外层多边形纤维增强复合管表面安装橡胶护舷和爬梯。
采用上述的技术方案,本发明与现有技术相比,其具有的有益效果为:
1)本发明内层蜂窝状钢砼组合结构充分利用蜂窝结构稳固、受力合理的特性以及钢管对核心混凝土的约束作用,因此具有很高的抗撞击承载力和刚度。
2)本发明外层蜂窝状复材吸能结构充分利用纤维增强复合材料抗拉强度高和内填吸能材料变形能力强的优势,因此具有很强的变形和吸能能力。
3)本发明通过外层复材吸能结构和内层钢砼组合结构二者叠合共同构筑防撞“二道防线”,达到“轻撞船不坏,重撞墩不坏”的效果。发生船只轻微撞击时,外层蜂窝状复材吸能结构能保障船只不受损、人员不受伤,而一旦发生严重碰撞,内层蜂窝状钢砼组合结构又能有效保护桥墩,防止桥梁严重损伤甚至倒塌。
4)构成防撞装置主体结构的多边形钢管和复材管均能单个运送到施工现场,并通过螺栓逐个装配为整体,具有施工便捷、快速的优点。
5)在遭遇撞击后仅需对局部撞损区格通过拆卸螺栓实现更换,其它无损区格可继续使用,无需对防撞装置进行整体拆除重建或大范围修复加固,因此具有节约材料,维护方便的优点,可显著节约成本,具有较好的经济效益。
6)外层纤维增强复合材料具有优越的耐久性能,能保证桥墩不受浪溅腐蚀,延长桥梁使用寿命。
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为本发明的轴侧视图;
图2为本发明的俯视图。
图中标号名称如下:
1-多边形纤维增强复合管,2-橡胶或多孔泡沫吸能材料,3-多边形钢管,4-混凝土,5-植入式膨胀螺栓,6-桥墩,7-连接螺栓,8-爬梯,9-橡胶护舷。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
参照附图1-2所示,一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,包括内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构,内层钢砼组合结构通过植入式膨胀螺栓5固定于桥墩6的侧面,外层复材吸能结构通过连接螺栓7与内层钢砼组合结构固定连接;内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构均呈蜂窝状。
上述内层钢砼组合结构包括多边形钢管3与混凝土4,内侧多边形钢管3通过植入式膨胀螺栓5固定于桥墩6的侧面,且桥墩6表面与多边形钢管3之间还角注有粘钢胶,以提升两者的连接强度。相邻多边形钢管3间通过连接螺栓7固定连接,形成蜂窝状钢结构,混凝土4浇灌于多边形钢管3中。利用钢管对核心混凝土的约束作用和蜂窝状结构稳固、受力合理等优势,使装置具有很高的抗撞承载力和刚度。
其中,多边形钢管3可采用低碳钢管、合金钢管、不锈钢管、耐候钢管、高强钢管等形式;混凝土4可采用普通混凝土、再生混凝土、地聚合物混凝土、超高性能混凝土、活性粉末混凝土、钢纤维混凝土、高延性混凝土、高强灌浆材料等。
上述外层复材吸能结构包括多边形纤维增强复合管1与吸能材料2,内侧多边形纤维增强复合管1通过连接螺栓7与多边形钢管3固定连接,相邻多边形钢管3间通过连接螺栓7固定连接,形成形成蜂窝状复材结构,多边形纤维增强复合管1中填充吸能材料2。其中,吸能材料2可采用橡胶、乳胶、海绵、多孔泡沫吸能材料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等;多边形纤维增强复合管1可采用碳纤维管、玻璃纤维管、玄武岩纤维管、混杂纤维管等形式。防撞装置外层由系列多边形纤维增强复合材料管内填吸能材料组成,形成蜂窝状复材吸能结构,具有很高的变形和吸能能力。
上述连接螺栓7可采用单头螺栓、双头螺栓、高强螺栓等形式。
本发明提供的装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置防撞装置主体结构中靠近桥墩的内层由系列多边形钢管通过螺栓连接成整体,并在各区格钢管内浇灌混凝土,形成蜂窝状钢砼组合结构,利用钢管对核心混凝土的约束作用和蜂窝状结构稳固、受力合理等优势,使装置具有很高的抗撞承载力和刚度;防撞装置外层由系列多边形纤维增强复合材料管内填吸能材料组成,形成蜂窝状复材吸能结构,具有很高的变形和吸能能力。这样,外层复材吸能结构和内层钢砼组合结构二者叠合将构筑防撞“二道防线”,从而达到“轻撞船不坏,重撞墩不坏”的效果。发生船只轻微撞击时,外层蜂窝状复材吸能结构能发生大变形,通过充分吸收撞击能量来保障船只不受损、人员不受伤,而一旦发生严重碰撞,超过外层吸能结构的极限变形时,内层蜂窝状钢砼组合结构所具有的高强高刚度能有效保护桥墩不受损,防止桥梁严重损伤甚至倒塌。防撞装置的多边形钢管和复材管均在工厂中加工好后,分别运送至施工现场,单管之间通过螺栓实现装配式拼装,现场无需重型运输和起吊设备,具有施工便捷的优点。由于每个多边形区格都可以通过拆卸螺栓实现局部更换,因此在遭遇撞击后仅需对局部撞损区格进行拆换,其它无损区格可继续使用,无需对防撞装置进行整体拆除重建或大范围修复加固,从而达到节约材料,维护更方便的效果。
参照附图1-2所示,外层复材吸能结构的最外侧设置有橡胶护舷9与爬梯8。其中,橡胶护舷9能够进一步提升装置的防撞性;爬梯8的设置便于装置的施工。
本实施例还提供了一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置的施工方法,包括以下步骤:
1)在工厂中按照尺寸要求加工好多边形钢管3和多边形纤维增强复合管1,并在管壁沿高度方向开设系列螺栓孔;将钢管和复材管运输到施工现场。
2)对桥墩6侧面的混凝土表面进行清洗和平整处理,并在相应位置用冲击钻打孔;将植入式膨胀螺栓5穿过多边形钢管3上的螺栓孔,并打入桥墩混凝土中,将钢管固定于桥墩侧面。
3)利用灌浆设备将粘钢胶注入钢管与桥墩表面的间隙中,并用橡皮锤敲打钢管以确认是否灌注密实;以保证多边形钢管与桥墩混凝土表面紧密粘结。
4)利用连接螺栓7将外层多边形钢管3逐个拼装,形成蜂窝状钢结构,接着继续利用连接螺栓7将多边形纤维增强复合管1与多边形钢管3进行装配式连接,并将外层多边形纤维增强复合管1逐个拼接,形成蜂窝状复材结构;
5)在多边形钢管3中浇灌混凝土4,在多边形纤维增强复合管1中填充吸能材料2,完成防撞装置主体施工;形成内层钢砼组合结构和外层复材吸能结构叠合的防撞“二道防线”。
6)在最外层多边形纤维增强复合管1表面安装橡胶护舷9和爬梯8。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,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)
1.一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,包括内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构,所述内层钢砼组合结构固定于桥墩(6)的侧面,所述外层复材吸能结构与内层钢砼组合结构固定连接;所述内层钢砼组合结构与外层复材吸能结构均呈蜂窝状。
2.根据权利要求1所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,所述内层钢砼组合结构包括多边形钢管(3)与混凝土(4),内侧多边形钢管(3)固定于桥墩(6)的侧面,相邻多边形钢管(3)间固定连接,形成蜂窝状钢结构,所述混凝土(4)浇灌于多边形钢管(3)中。
3.根据权利要求2所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,所述外层复材吸能结构包括多边形纤维增强复合管(1)与吸能材料(2),内侧多边形纤维增强复合管(1)与多边形钢管(3)固定连接,且相邻多边形钢管(3)间固定连接,形成形成蜂窝状复材结构,所述多边形纤维增强复合管(1)中填充吸能材料(2)。
4.根据权利要求2所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,内侧多边形钢管(3)通过植入式膨胀螺栓(5)固定于桥墩(6)的侧面。
5.根据权利要求3所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,相邻的多边形纤维增强复合管(1)间、相邻的多边形钢管(3)间以及相邻的多边形纤维增强复合管(1)与多边形钢管(3)间均通过连接螺栓(7)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,所述外层复材吸能结构的最外侧设置有橡胶护舷(9)与爬梯(8)。
7.根据权利要求4所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,所述桥墩(6)表面与多边形钢管(3)之间设置有粘钢胶。
8.根据权利要求3所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置,其特征在于,所述多边形钢管(3)选用低碳钢管、合金钢管、不锈钢管、耐候钢管、高强钢管中的任意一种;
所述多边形纤维增强复合管(1)选用碳纤维管、玻璃纤维管、玄武岩纤维管、混杂纤维管中的任意一种;
所述吸能材料(2)选用橡胶、乳胶、海绵、多孔泡沫吸能材料、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的任意一种。
9.一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)在多边形钢管(3)和多边形纤维增强复合管(1)管壁沿高度方向开设系列螺栓孔;
2)对桥墩(6)侧面的混凝土表面进行清洗和平整处理,并在相应位置用冲击钻打孔,将植入式膨胀螺栓(5)穿过多边形钢管(3)上的螺栓孔,并打入桥墩混凝土中,对钢管进行固定;
3)利用灌浆设备将粘钢胶注入钢管与桥墩表面的间隙中,并用橡皮锤敲打钢管以确认是否灌注密实;
4)利用连接螺栓(7)将外层多边形钢管(3)逐个拼装,形成蜂窝状钢结构,接着继续利用连接螺栓(7)将多边形纤维增强复合管(1)与多边形钢管(3)进行装配式连接,并将外层多边形纤维增强复合管(1)逐个拼接,形成蜂窝状复材结构;
5)在多边形钢管(3)中浇灌混凝土(4),在多边形纤维增强复合管(1)中填充吸能材料(2),完成防撞装置主体施工。
10.根据权利要求9所述的一种装配式可拆换的蜂窝状桥墩叠合防撞装置的施工方法,其特征在于,还包括:
在最外层多边形纤维增强复合管(1)表面安装橡胶护舷(9)和爬梯(8)。
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