CN204510153U - 一种复合材料漂浮式网状拦截系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料漂浮式网状拦截系统，将主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒采用纤维与树脂通过真空导入一次成型工艺制备，通过相邻且相连接的缆索链接，再用超高分子量聚乙烯尼龙缆绳通过锚碇确定其相对位置并固定在河床，在桥墩两侧对称布置一对漂浮式网状拦截系统，实现拦截船舶或者使其拨动转向，作为缓冲防撞第一道防线。本实用新型作为复合材料浮体防撞装置在使用时，若小型船舶对桥塔撞击，因为浮体截面外壳为弹性复合材料，具有较大的变形能力，能压缩后自恢复而不破坏。

Description

一种复合材料漂浮式网状拦截系统

技术领域

本实用新型涉及一种水上防撞结构，是一种利用复合材料制造的低成本弹性、耐腐蚀防撞装置，具体地说是一种适用于各类桥梁的桥墩以及承台等、水上(海洋)建筑避免船舶(浮冰)撞击灾害的复合材料桥梁防撞装置。

背景技术

船撞桥事故在世界各地一直在不断地发生，随着交通运输业的快速发展，跨越通航江河、港区和海峡的大型桥梁数量日益增多；与此同时，航道上船舶数量也不断增加且趋于大型化，使得桥梁和通航船舶之间的矛盾日趋突出。桥梁防船撞问题也正逐渐得到了有关航运管理、规划设计等部门的高度重视。国内外已开展了相关的研究，提出了船桥碰撞理论，并设计出了一些桥梁防护设施。桥梁防撞的根本目的是一方面防止桥梁因船舶撞击力超过桥墩的设计承载力而造成结构毁坏，另一方面同时尽可能地保护船舶，将损失减小到最低程度。防撞设施的型式不同，其工作机理就不同。

在桥梁防船撞设计中，主航道及主通航桥孔的安全已得到了足够的重视，然而近年来国内外分别发生几起位于非通航孔桥墩的船撞桥事故，暴露出了问题。非通航桥孔桥墩的特点是：桥墩结构单薄、自身抵御船撞能力较差，一旦遭遇船舶撞击，极易造成船桥俱毁及人亡的悲剧和不良的社会影响。目前，国内外专门针对非通航孔桥墩的防撞研究较少，尚无较为有效及成熟的思想和方法。经过多年的设计实践，主通航孔桥墩防撞技术已逐渐发展成熟，主流的技术是采用直接安装在桥墩上的柔性的浮式防撞圈，由于充分考虑了撞击角度、撞力转移，通过消耗和转移撞击力，在桥墩受到保护的同时，使得船舶也不会受到明显破坏。由于非通航孔桥墩自身抗力太小，采用直接防撞方法达不到保护非通航孔桥墩的目的，需要寻求新的研究思路。通过对国内外防撞技术与发展的综合分析，结合非通航孔桥墩的自身特点，研究提出适合于非通航孔桥墩的新型“拦截”防撞方案。

漂浮网状拦截系统的理论依据建立在船舶可以有较大的缓冲位移，防护系统的网状拦截设施将船舶拦住后，其水下的缆绳和小浮筒能有效地消耗撞击能量的基础上。网状拦截设施漂浮在水面上，可将能量通过缆绳传递至锚锭上，由于这个特点，漂浮网状防护系统可以布置在航道较深的桥位处。“拦”的防撞方案属于间接构造类防撞，有漂浮拦网防撞系统、浮体系泊索防撞系统等方式，具有“御敌于国门之外”的优点。但仅靠直接地“拦”的方式是无法达到桥墩防撞安全要求的：一是系统消耗能量需要很长的缓冲位移，二是失控船舶动能巨大容易压过拦索或冲破拦网，消能后仍具有很大撞击力，依然对桥墩存在危险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有的直接型防撞结构成本高、耐候性差、修复难度大的问题，设计一种耐候性好，充分吸收撞击能量，避免船舶撞击桥梁的复合材料漂浮式网状拦截系统，用作桥梁防撞设施。

本实用新型采用的技术方案为：一种复合材料漂浮式网状拦截系统，包括主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒、缆索、锚碇、超高分子量聚乙烯尼龙缆绳、缓冲耗能材料、缓冲耗能空间格构体、混凝土内芯和浮筒壳体；

所述主浮筒通过两根缆索分别与两个边浮筒连接，所述缆索上间隔设置有多个次浮筒，缆索上连续设置有多个小浮筒，所述主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒和缆索共同组成一个拦截网状；

所述主浮筒、边浮筒、次浮筒和小浮筒均为复合材料制成，包括浮筒壳体和混凝土内芯，所述浮筒壳体为复合材料面层构成的实心壳体或者为内部填充有夹芯材料的复合材料面层与夹心材料构成的夹层壳体，所述夹芯材料包括缓冲耗能空间格构体和缓冲耗能材料；

所述主浮筒和边浮筒分别通过超高分子量聚乙烯尼龙缆绳连接锚锭，并固定于河床；

所述主浮筒采用两个锚碇并排固定、两个边浮筒各由一个锚碇拉结固定的布置，或者主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇并联固定的布置，或者主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇串联固定的布置；

所述网状拦截系统布置在所保护桥墩的正前方及正后方。

作为优选，所述缓冲耗能空间格构体由纤维腹板呈单层单向、单层双向、多层单向或多层多向布置在浮筒壳体内构成，缓冲耗能材料位于纤维腹板之间和/或纤维腹板与浮筒壳体的内壁之间。

作为优选，所述的缓冲耗能材料为聚氨酯泡沫，摩擦颗粒填充材料中的一种或者两种的组合。

作为优选，所述浮筒壳体和缓冲耗能空间格构体为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种。

作为优选，所述缆索为钢丝绳、锚链、尼龙绳的一种。

作为优选，所述锚碇为铁锚、混凝土锚碇的一种。

上述复合材料漂浮式网状拦截系统的施工方法，将主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒采用纤维与树脂通过真空导入一次成型工艺制备，通过相邻且相连接的缆索链接，再用超高分子量聚乙烯尼龙缆绳通过锚碇确定其相对位置并固定在河床，在桥墩两侧对称布置一对漂浮式网状拦截系统，实现拦截船舶或者使其拨动转向，作为缓冲防撞第一道防线；所述具体流程如下：

a.制备一套大型钢结构或玻璃钢模具，模具上预留好构件两端的凹槽及相应孔洞；

b.制备一套预埋构件，包括安装缆索用的预埋件、内部加劲预埋件；

c.采用真空导入一次成型工艺，制备单个浮筒单元；

d.预制混凝土锚碇，现场下沉至指定位置；

e.将浮筒构件构件运至现场，在岸上或浅滩区预拼装，将次浮筒和小浮筒用缆索预先串联完成；将主浮筒和边浮筒用尼龙缆绳与已下沉至固定位置的锚碇相连；与此同时把先前用缆索串联完成的次浮筒、小浮筒所组成的网状结构用船舶运输至安装位置；最后将将串有次浮筒和小浮筒的缆索安装到主浮筒和边浮筒上，拼接成一个完整的、可自浮的复合材料网状拦截系统。

本实用新型的设计思路本着消能为主，拨动转向的设计思路，在非通航桥梁上游一定距离布置一定角度的折线型拦截装置。工作原理是：漂浮式网状拦截系统通过锚锭固定，拦截系统由主浮筒、边浮筒、次浮筒以及小浮筒组成，且均为复合材料，其间采用缆索拉结成拦截网状，当船舶前行至拦截系统处，缆绳能迅速张紧，缓解其行船速度，拨离船头方向，改变行船路线，从而达到保护桥墩的目的。与直接型的拦截设施不同点在于，船舶不会在被拦停，而是船头被拨转方向后偏离先前的行驶方向，根据能量守恒原理，对防撞设置的设计制造要求相比直接型拦截装置要大幅降低。

有益效果：1、本实用新型作为复合材料浮体防撞装置在使用时，若小型船舶对桥塔撞击，因为浮体截面外壳为弹性复合材料，具有较大的变形能力，能压缩后自恢复而不破坏。

2、本实用新型的浮筒内部紧密填充的缓冲耗能材料，缓冲耗能能力强，并能通过耗能材料挤压和空间格构屈曲消耗部分能量。

3、本实用新型的筒形复合材料拦截系统具有自浮性、缓冲性、弹性模量低等特点，因此可随着水潮涨落而自动升降，也可有效保护船舶不至于局部受损。

4、本实用新型的构件自重轻，安装便捷，各个独立的单元可通过本实用新型图示的布置方式进行组合布置，单个单元损坏更换方便。

5、本实用新型的水上浮筒结构，采用强耐腐蚀、力学特性优越的纤维增强复合材料等材料制成，具有良好的抗侯性及抗冲击破坏性，可以减少维护费用，能防紫外线、防冻、抗海水化学剂油渍等侵蚀。

6、本实用新型结构简单，制造成本低，安装维护方便。

附图说明

图1为本实用新型的漂浮式网状拦截系统平面示意图；

图2为本实用新型的漂浮式网状拦截系统立面图；

图3为本实用新型的主浮筒构造图；

图4为本实用新型的边浮筒构造图；

图5为本实用新型的次浮筒构造图；

图6为本实用新型的小浮筒构造图；

图7为本实用新型采用两个锚碇并排布置固定主浮筒，两个边浮筒各由一个锚碇拉结固定的布置方案，防护非通航孔桥总体平面布置图；

图8为本实用新型采用主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇并联固定的布置方案；

图9为采用图8方案的防护非通航孔桥总体平面布置图；

图10为本实用新型采用主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇串联固定的布置方案；

图11为采用图10方案的防护非通航孔桥总体平面布置图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

实施例1

如图1-7所示，一种复合材料漂浮式网状拦截系统，包括主浮筒1、边浮筒2、次浮筒3、小浮筒4、缆索5、锚碇6、超高分子量聚乙烯尼龙缆绳7、缓冲耗能材料8、缓冲耗能空间格构体9、混凝土内芯10和浮筒壳体13；

所述主浮筒1通过两根缆索5分别与两个边浮筒2连接，所述缆索5上间隔设置有多个次浮筒3，缆索5上连续设置有多个小浮筒4，所述主浮筒1、边浮筒2、次浮筒3、小浮筒4和缆索5共同组成一个拦截网状；

所述主浮筒1、边浮筒2、次浮筒3和小浮筒4均为复合材料制成，包括浮筒壳体13和混凝土内芯10，所述浮筒壳体13为复合材料面层构成的实心壳体或者为内部填充有夹芯材料的复合材料面层与夹心材料构成的夹层壳体，所述夹芯材料包括缓冲耗能空间格构体9和缓冲耗能材料8；

所述主浮筒1和边浮筒2分别通过超高分子量聚乙烯尼龙缆绳7连接锚锭6，并固定于河床；

所述主浮筒1采用两个锚碇6并排固定、两个边浮筒2各由一个锚碇6拉结固定的布置；

所述网状拦截系统布置在所保护桥墩的正前方及正后方。

所述缓冲耗能空间格构体9由纤维腹板呈单层单向、单层双向、多层单向或多层多向布置在浮筒壳体13内构成，缓冲耗能材料8位于纤维腹板之间和/或纤维腹板与浮筒壳体13的内壁之间。所述的缓冲耗能材料8为聚氨酯泡沫11，摩擦颗粒填充材料12中的一种或者两种的组合。所述浮筒壳体13和缓冲耗能空间格构体9为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种。所述缆索5为钢丝绳、锚链、尼龙绳的一种。所述锚碇6为铁锚、混凝土锚碇的一种。

上述复合材料漂浮式网状拦截系统的施工方法，将主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒采用纤维与树脂通过真空导入一次成型工艺制备，通过相邻且相连接的缆索链接，再用超高分子量聚乙烯尼龙缆绳通过锚碇确定其相对位置并固定在河床，在桥墩两侧对称布置一对漂浮式网状拦截系统，实现拦截船舶或者使其拨动转向，作为缓冲防撞第一道防线；所述具体流程如下：

a.制备一套大型钢结构或玻璃钢模具，模具上预留好构件两端的凹槽及相应孔洞；

b.制备一套预埋构件，包括安装缆索用的预埋件、内部加劲预埋件；

c.采用真空导入一次成型工艺，制备单个浮筒单元；

d.预制混凝土锚碇，现场下沉至指定位置；

e.将浮筒构件构件运至现场，在岸上或浅滩区预拼装，将次浮筒和小浮筒用缆索预先串联完成；将主浮筒和边浮筒用尼龙缆绳与已下沉至固定位置的锚碇相连；与此同时把先前用缆索串联完成的次浮筒、小浮筒所组成的网状结构用船舶运输至安装位置；最后将将串有次浮筒和小浮筒的缆索安装到主浮筒和边浮筒上，拼接成一个完整的、可自浮的复合材料网状拦截系统。

所述各浮筒单元也可以采用缠绕工艺或者手糊工艺制造。

实施例2

如图8和9所示，该实施例与实施例1基本相同，其区别在于锚碇的布置方式，所述主浮筒1和边浮筒2分别采用三个锚碇6并联固定的布置。

实施例3

如图10和11所示，该实施例与实施例1基本相同，其区别在于锚碇的布置方式，

所述主浮筒1和边浮筒2分别采用三个锚碇6串联固定的布置。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：包括主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒、缆索、锚碇、超高分子量聚乙烯尼龙缆绳、缓冲耗能材料、缓冲耗能空间格构体、混凝土内芯和浮筒壳体；

所述主浮筒通过两根缆索分别与两个边浮筒连接，所述缆索上间隔设置有多个次浮筒，缆索上连续设置有多个小浮筒，所述主浮筒、边浮筒、次浮筒、小浮筒和缆索共同组成一个拦截网状；

所述主浮筒、边浮筒、次浮筒和小浮筒均为复合材料制成，包括浮筒壳体和混凝土内芯，所述浮筒壳体为复合材料面层构成的实心壳体或者为内部填充有夹芯材料的复合材料面层与夹心材料构成的夹层壳体，所述夹芯材料包括缓冲耗能空间格构体和缓冲耗能材料；

所述主浮筒和边浮筒分别通过超高分子量聚乙烯尼龙缆绳连接锚锭，并固定于河床；

所述主浮筒采用两个锚碇并排固定、两个边浮筒各由一个锚碇拉结固定的布置，或者主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇并联固定的布置，或者主浮筒和边浮筒分别采用三个锚碇串联固定的布置；

所述网状拦截系统布置在所保护桥墩的正前方及正后方。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：所述缓冲耗能空间格构体由纤维腹板呈单层单向、单层双向、多层单向或多层多向布置在浮筒壳体内构成，缓冲耗能材料位于纤维腹板之间和/或纤维腹板与浮筒壳体的内壁之间。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：所述的缓冲耗能材料为聚氨酯泡沫，摩擦颗粒填充材料中的一种或者两种的组合。

4.根据权利要求1所述的一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：所述浮筒壳体和缓冲耗能空间格构体为玻璃纤维布、碳纤维布、玄武岩纤维布、芳纶纤维布中的一种与树脂固化而成，玻璃纤维布为双轴向布、多轴向布、网格布或纤维毡中的一种，树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或无机树脂中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：所述缆索为钢丝绳、锚链、尼龙绳的一种。

6.根据权利要求1所述的一种复合材料漂浮式网状拦截系统，其特征在于：所述锚碇为铁锚、混凝土锚碇的一种。