CN211816035U - 一种具有耗能填充料的软体防船撞装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，包括填充料、软体腔、防护罩、扩散块、摩擦板和防护罩连接螺栓；所述填充料设置在软体腔内，软体腔外面设有防护罩，防护罩通过防护罩连接螺栓进行紧固，防护罩外连接有扩散块，扩散块上设有摩擦板；所述填充料采用PE塑料空心球或塑料管、高阻尼橡胶粒、弹性水泥砂浆、陶粒、聚氨酯泡沫、聚氨酯泡沫铝、聚苯颗粒砂浆及其组合。本实用新型防撞装置具有经济耐用、易于更换、维修率低的特点。

Description

一种具有耗能填充料的软体防船撞装置

技术领域

本实用新型涉及一种防船撞装置，具体涉及一种具有耗能填充料的软体防船撞装置。

背景技术

针对日益频发的船桥碰撞事故，经过多年研究应用，国内外出现了多种类型的桥墩防撞设施。目前我国防撞结构材料大多采用钢材、混凝土或弹性体作为缓冲吸能材料，但这些吸能耗能材料大多比较单一，且价格不菲，吸能效果局限性大，更换维修困难。鉴于此，本实用新型根据近期实用新型的一种纤维增强橡胶软体结构，主要针对其内部填充的耗能材料实用新型了不同的方案。这些耗能材料既能独立存在，又能相互组合，既能应用于纤维增强橡胶软体防撞结构中，也能填充于传统的钢结构防撞套箱、纤维增强复合材料防撞结构或钢覆复合材料防撞结构中，既能起到耗能缓冲的作用，又能避免防撞结构遭受撞击破损后的浸水沉没。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有防船撞装置中填充料的不足，提供一种具有耗能填充料的软体防船撞装置。

本实用新型采用的技术方案如下：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，包括填充料、软体腔、防护罩、扩散块、摩擦板和防护罩连接螺栓；

所述填充料设置在软体腔内，软体腔外面设有防护罩，防护罩通过防护罩连接螺栓进行紧固，防护罩外连接有扩散块，扩散块上设有摩擦板；

所述填充料采用PE塑料空心球或塑料管、高阻尼橡胶粒、弹性水泥砂浆、陶粒、聚氨酯泡沫、聚氨酯泡沫铝或聚苯颗粒砂浆；

所述软体腔采用纤维织物增强橡胶；所述防护罩采用玻璃钢质保护罩；所述扩散块可用木材或泡沫夹芯玻璃钢结构体；所述摩擦板采用聚乙烯板或其它耐磨材料。

作为优选，所述填充料采用PE塑料空心球或塑料管、高阻尼橡胶粒、弹性水泥砂浆、陶粒、聚氨酯泡沫、聚氨酯泡沫铝、聚苯颗粒砂浆相互之间两种或两种以上的组合。比如有PE塑料空心球和高阻尼橡胶粒的组合，聚氨酯泡沫和陶粒的组合，弹性水泥砂浆和陶粒的组合，以及聚氨酯泡沫添加剪切增稠凝胶。

作为优选，所述塑料管为圆形截面，也可以为六边形或八边形截面，或者大小不同直径的球体或管体形成级配，也可以采用毛竹等天然管状材料。

作为优选，所述防船撞装置中的软体结构可以单独作为防撞设施；也可以与其他形式的防撞设施组合，比如钢箱与软体结构组合、钢或混凝土结构与软体结构组合、钢结构与软体结构组合，提高防撞效果。

本实用新型耗能材料吸能机理：

碰撞发生时，船舶先接触摩擦板，产生轻微滑移，随着撞击力的增大，撞击力通过扩散块扩散至软体腔，经内部填充物传至被保护结构，后在撞击力作用下防撞装置发生径向截面压缩，压缩过程中保护罩首先发生破坏并吸收少部分能量，同时纤维增强橡胶软体发生大变形，约束并挤压内部单一或多种填充物，例如PE塑料空心球在撞击下先被压缩发生弹性变形，并且参与受力的小球越来越多，当撞击力增大到一定程度，小球相继发生塑性变形，即被压破，相应的承载力由小—大—小；高阻尼橡胶主要是通过自身的弹性变形吸收能量，并且由于其应变滞后于应力的特性，它可以以较小的变形吸收较大的能量；陶粒则是受到挤压时通过相互之间发生摩擦和自身发生的破碎进行吸能；弹性水泥砂浆和聚苯颗粒砂浆硬化后在受力时发生开裂破碎进行吸能；聚氨酯泡沫受力时也是经历三个阶段进行吸能，弹性阶段发生弹性变形，屈服阶段被压垮压溃，致密阶段聚氨酯泡沫粉末被压实；PE塑料球与高阻尼橡胶结合时，当中小吨位船型在低速下撞击到防撞设施时主要是里面的高阻尼橡胶进行吸能工作，当中小吨位船型高速下撞击或者大吨位船型发生撞击时，主要是里面的PE塑料球进行吸能工作，同时高阻尼橡胶也会协同，当橡胶失效后或者快失效时PE塑料球开始介入；聚氨酯发泡剂与陶粒结合，当船舶发生撞击时，首先聚氨酯发泡剂发生变形吸收少部分能量，产生破坏，当发泡剂作用失效后，由粘结在一起的陶粒通过破碎吸收大部分撞击能量；STG与聚氨酯泡沫结合时，在低速撞击下，STG会增大聚氨酯泡沫的塑性变形区，在高速撞击下，STG形成类固体先发生破坏，继而聚氨酯泡沫发生同上的破坏过程进行吸能。

有益效果：本实用新型主要以纤维增强橡胶软体结构为载体，内部耗能填充料可以采用PE空心塑料球或塑料管状物、高阻尼橡胶粒(或回收橡胶条、板或粒)、弹性水泥砂浆、陶粒、聚氨酯泡沫或聚氨酯胶、泡沫铝或聚氨酯泡沫铝、聚苯颗粒砂浆等以及相互之间两种或以上的组合。其主要耗能机理为：碰撞发生时纤维增强橡胶软体发生大变形，约束并挤压内部耗能填充料，使其发生弹塑性变形甚至摩擦挤压破碎进行耗能。碰撞发生后，由于软体腔可被压缩40％-50％变形而不发生破坏且可回复，仅有内部填充料会被压碎破坏，所以必要时只需对损坏部分的保护罩和内部的筒体进行更换即可重新投入使用，整个防撞装置具有经济耐用、易于更换、维修率低的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1填充料采用PE塑料空心球的示意图。

图2为本实用新型实施例2填充料采用高阻尼橡胶粒的示意图。

图3为本实用新型实施例3填充料采用陶粒的示意图。

图4为本实用新型实施例4填充料采用弹性水泥砂浆或聚苯颗粒砂浆的示意图。

图5为本实用新型实施例5填充料采用聚氨酯泡沫或聚氨酯泡沫铝的示意图。

图6为本实用新型实施例6填充料采用PE塑料空心球和高阻尼橡胶粒组合的示意图。

图7为本实用新型实施例7填充料采用聚氨酯泡沫和陶粒组合的示意图。

图8为本实用新型实施例8填充料采用弹性水泥砂浆和陶粒组合的示意图。

图9为本实用新型实施例9填充料采用聚氨酯泡沫添加剪切增稠凝胶的示意图。

图10为本实用新型实施例10软体结构单独作为防撞设施的示意图。

图11为本实用新型实施例10钢箱+软体结构组合的示意图。

图12为本实用新型实施例10钢或混凝土结构+软体结构组合的示意图。

图13为本实用新型实施例10钢结构+软体结构组合的示意图。

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作进一步地说明：

实施例1

如图1所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，包括PE塑料空心球1、软体腔2、防护罩3、扩散块4、摩擦板5和防护罩连接螺栓6；

所述PE塑料空心球1设置在软体腔2内，软体腔2外面设有防护罩3，防护罩3通过防护罩连接螺栓6进行紧固，防护罩3外连接有扩散块4，扩散块4上设有摩擦板5；所述软体腔2采用纤维织物增强橡胶；所述防护罩3采用玻璃钢质保护罩；所述扩散块4可用木材或泡沫夹芯玻璃钢结构体；所述摩擦板5采用聚乙烯板。

PE塑料球耐腐蚀性、耐高温性、抗压性、自润滑性、绝缘性都非常强，并且质量非常轻，尤其是耐腐蚀性适合海洋环境，抗压性强适合对船舶撞击力进行耗能。当小球压缩量达到一定程度时，承载力能超过1000kN，效果与很多散粒体差不多，但是每立方米需要的PE塑料球数量少，并且价格非常低廉，将之作为填充料的话十分具有经济性。

实施例2

如图2所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为高阻尼橡胶粒7。

高阻尼橡胶能够在较小变形时产生大阻尼大量消耗撞击能量，它是由橡胶、塑料和配合剂等配制的高分子聚合物材料，它具有弹性固体的储存能量和黏性液体的损耗能量的双重特性，其阻尼比可达0.2～0.5以上。与泡沫铝等金属吸能材料相比，泡沫铝在受外力压缩过程中，利用应力-应变曲线上高而宽的应力平台吸收大量的压缩能量。但当材料再次受到压缩时，已发生塑性变形部分失去吸能作用，使得材料难于实现二次吸能利用。而高阻尼橡胶是一团不规则曲折状的大分子链段聚合物，利用大分子链段间的内摩擦力将外力功转为热能，从而实现材料的吸能特性。所以当材料再次收到外力作用时不会因为上一次分子链段间相对运动而大幅度降低材料的吸能能力，使得材料难以实现二次吸能利用。并且高阻尼橡胶本质上是一种黏弹性材料，其应变总滞后于应力。

实施例3

如图3所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为陶粒8。

陶粒具有重量轻、强度高、保温、隔热、隔声、防火、防潮性能好、抗震、抗冲击等优良性能，使用陶粒可以减轻自重、降低成本，提高桥面抗震和承载力。小粒径陶粒的吸能效果非常优越，在筒压试验中，粒径小于10mm陶粒的能量吸收值最大，且在不同粒径的组合中，起主要吸能作用的是粒径小于10mm的陶粒，对吸收能量起主导作用。经过试验证明，此种陶粒对船撞力的削减能达到20％～30％，同时由于陶粒破碎也能降低船艏所受破坏。相比来说，砂粒这种散粒体属于刚体，虽然也能吸能，但是由于自身刚度大所以对船艏会造成较大破坏，其优越性不如小粒径陶粒。同时，为了经济性考虑，也可以采用不同级配的陶粒进行组合，在保证吸能效果的同时提高利用率。

实施例4

如图4所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为弹性水泥砂浆9或聚苯颗粒砂浆。

弹性水泥砂浆有如下特点：

(1)硬化后由于聚合物胶乳的存在，胶乳水泥砂浆的保水性好，有利于水泥水化的持续进行，早期及后期强度增长都较快。即使不进行长期水养护，强度增长仍很快。

(2)由于聚合物胶乳的粘结性和柔韧性好，增大了胶乳水泥砂浆的抗拉、抗弯强度和伸长率，抗压强度有所下降，提高了材料的抗裂性。

(3)弹性水泥砂浆中由于聚合物胶乳网络及膜层的填隙性和良好粘结性，提高了气密性和水密性，因此胶乳水泥砂浆的吸水率低，防水性好，具有良好的抗渗、抗冻及抗碳化性能。

(4)因为水灰比较小、密实度高，所以干燥收缩小，减少了热胀冷缩对腔体内部的破坏。

(5)由于聚合物胶乳的柔韧铰接作用，耐冲击性可增加10～15倍，耐磨性增加几到几十倍。

(6)对酸、碱、盐等腐蚀介质有良好的抵抗能力。

弹性水泥砂浆作为填充料在海水中的抗渗性能和抗腐蚀性十分重要，同时抗拉强度高和伸长率大可以保证腔体在船舶撞击作用下产生较大变形而不易损坏。

聚苯颗粒全称为膨胀聚苯乙烯泡沫颗粒，又称膨胀聚苯颗粒。该材料是由可发性聚苯乙烯树脂珠粒为基础原料膨胀发泡制成的。聚苯颗粒是聚苯颗粒砂浆的主要骨料。

有如下特点：

(1)重量轻，强度高、隔热防水、抗雨水冲刷能力强，水中长期浸泡不松散，非常适合海水环境。

(2)抗裂性能优异，干密度小、软化系数高、干缩率低。

(3)干燥快、整体性强、耐候、耐冻融、不开裂。

(4)无毒、无污染、无放射性、环保。

(5)施工方便，现场加适量水配制成浆状即可施工。

聚苯颗粒砂浆的主要优势是质量轻，价格低廉，并且施工方便，但相对来说强度没有弹性水泥砂浆高，也是可以作为填充料的一种。

实施例5

如图5所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为聚氨酯泡沫10或聚氨酯泡沫铝。

聚氨酯泡沫塑料独有的很低屈服强度及很宽屈服区的变形特性，使它具有良好的吸能缓冲特性，可以用于防震、缓冲包装、重要设备防护和结构物的内部填充等民用和军事工程中。同时聚氨酯泡沫塑料具有应变率敏感性，因此只要合理选择泡沫材料的密度及泡孔结构可获得吸能缓冲的最佳效果。

在0.025～0.25的应变范围内，聚氨酯泡沫铝材料的理想吸能效率基本保持在0.5～0.9之内，显示出优异的吸能特性，当应变率和相对密度相同时，在一定范围内，聚氨酯的含量越高其吸能也越大，当泡沫铝与聚氨酯的质量比例达到某一合理值时，吸收能量的能力最强，泡沫铝填充高分子泡沫材料聚氨酯后，在抗冲击、吸能方面具有巨大的优越性。

实施例6

如图6所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为PE塑料空心球1和高阻尼橡胶粒7的组合。

高阻尼橡胶能够在较小变形时产生大阻尼大量消耗撞击能量，相比于单一的PE塑料球填充，加上高阻尼橡胶后一方面增强了吸能效果，另一方面也间接地保护了PE塑料球，使其完全发挥作用。

PE塑胶材料和橡胶不能融在一起，但可以通过热硫化黏合剂改变界面使两者黏合在一起，所以PE塑料空心球之间的空隙可以全部用高阻尼橡胶填充，然后用热硫化黏合剂使它们黏合成为一个整体。

实施例7

如图7所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为聚氨酯泡沫10和陶粒8的组合。

聚氨酯泡沫(OCF)是气雾技术和聚氨酯泡沫技术交叉结合的产物。它是一种将聚氨酯预聚体﹑发泡剂﹑催化剂等组分装填于耐压气雾罐中的特殊聚氨酯产品。当物料从气雾罐中喷出时，沫状的聚氨酯物料会迅速膨胀并与空气或接触到的基体中的水分发生固化反应形成泡沫。聚氨酯发泡剂在-10℃～80℃的温度范围内固化泡沫体均保持良好的弹性和粘结力。一般情况下，聚氨酯发泡剂在夏季全干时间约4-6小时，冬季零度左右则需要24小时或更长时间才能全干。在正常使用条件下(并在其外表有覆盖层的情况下)，估计其服务寿命不低于十年。使用聚氨酯发泡剂，一方面可以解决陶粒等散粒体之间空隙难以填满的问题，另一方面可以利用自身良好的粘结性使所有陶粒成为一个整体，增强了填充材料的稳定性。

当往腔体内灌入陶粒后，采用管式聚氨酯泡沫填缝剂，将塑料喷头旋紧于阀门螺纹上，将塑料管对准陶粒间缝隙，按下喷头即可喷射。喷射时注意行进速度，通常喷射量至所需填充体积的一半即可。

实施例8

如图8所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为弹性水泥砂浆9和陶粒8的组合。

弹性水泥砂浆中由于聚合物胶乳网络及膜层的填隙性和良好粘结性，所以陶粒与之结合不需要另外添加黏合剂，只需要在弹性水泥砂浆灌入腔内硬化之前加入适量的小粒径陶粒即可，硬化后由于聚合物胶乳的粘结性和柔韧性好，所以弹性水泥砂浆的抗拉强度、抗弯强度和伸长率都比较强，所以弹性水泥砂浆的作用主要是控制船舶撞击下软体的变形及恢复，但由于硬化后其抗压强度会下降，所以这点可由小粒径陶粒来弥补，通过试验证明陶粒是抗压强度很高的一种散粒体，当船舶撞击的一瞬间陶粒先破碎摩擦吸能，当撞击部分的陶粒变成粉末后，如果是单一的陶粒填充，则起不到缓冲的作用，实则相当于船舶与桥墩之间是刚体，如果加入了弹性水泥砂浆，则在吸能后通过变形还起到了缓冲的作用，既保护了桥墩又保护了船艏。

弹性水泥砂浆中由于聚合物胶乳网络及膜层的填隙性和良好粘结性，所以陶粒与之结合不需要另外添加黏合剂，只需要在弹性水泥砂浆灌入腔内硬化之前加入适量的小粒径陶粒即可。

若用PE塑料空心球替代部分陶粒，其主要目的是在不影响吸能效果的情况下减少陶粒用量和减轻整体重量，节省成本。

实施例9

如图9所示：一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，该装置与实施例1的区别在于：所述填充料为聚氨酯泡沫10添加剪切增稠凝胶。

剪切增稠凝胶(STG)这种材料在不受力时柔软而富有弹性，受到快速的冲击时，分子间会迅速相互锁定，收紧变硬形成一层防护层，从而起到良好的防护效果；当外力消失，材料又恢复到原来的柔软状态。剪切增稠凝胶具有胀塑性，在较低的剪切速率下，呈现出柔软的塑性特性，可以塑成各种形状；而在较高的速率下拉伸或冲击时，STG的粘度会急剧增大，表现出类固体性质。根据研究可知，在冲击速度增加的同时，STG-PU吸收的能量大于PU，并且STG的防护性能随着速度的增加而逐渐增大，具有明显的速率依赖性。

STG-PU混合料的制备：先将聚氨酯泡沫按要求进行切割，然后将泡沫浸渍在用异丙醇按一定的比例稀释好的STG混合液中，超声波震荡5min，使STG充分均匀的附着在泡沫上。浸渍好的泡沫先置于空气中晾干，再在80℃的烘箱中放置24h烘干，以充分除去溶剂。

实施例10

如图10-13所示，软体结构与其他材质防撞设施以及被撞体的组合：软体结构11可以单独作为防撞设施；也可以与其他形式的防撞设施组合，比如钢箱12+软体结构11组合、钢或混凝土结构13+软体结构11组合、钢结构14+软体结构11组合，提高防撞效果，之间可采用螺栓连接或者胶结；还可以根据被撞体形状，将软体结构设计为半圆形、半环形等。

以上结合附图对本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本实用新型的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，其特征在于：包括填充料、软体腔、防护罩、扩散块、摩擦板和防护罩连接螺栓；

所述填充料设置在软体腔内，软体腔外面设有防护罩，防护罩通过防护罩连接螺栓进行紧固，防护罩外连接有扩散块，扩散块上设有摩擦板；

所述填充料采用PE塑料空心球或塑料管、高阻尼橡胶粒、弹性水泥砂浆、陶粒、聚氨酯泡沫、聚氨酯泡沫铝或聚苯颗粒砂浆；

所述软体腔采用纤维织物增强橡胶；所述防护罩采用玻璃钢质保护罩；所述扩散块可用木材或泡沫夹芯玻璃钢结构体；所述摩擦板采用聚乙烯板。

2.根据权利要求1所述的一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，其特征在于：所述塑料管为圆形截面、六边形截面或八边形截面。

3.根据权利要求1所述的一种具有耗能填充料的软体防船撞装置，其特征在于：所述防船撞装置中的软体结构还与钢箱、钢或混凝土结构、钢结构组合。

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