CN212612173U

CN212612173U - 一种基于frp和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件

Info

Publication number: CN212612173U
Application number: CN202020885918.XU
Authority: CN
Inventors: 刘越; 逯平; 赵昕; 王宁; 顾明洋; 李云鹏; 臧永彭
Original assignee: Beijing No2 Municipal Construction Engineering (ltd) Corp; Beijing University of Technology; Beijing Municipal Construction Co Ltd
Current assignee: Beijing No2 Municipal Construction Engineering (ltd) Corp; Beijing University of Technology; Beijing Municipal Construction Co Ltd
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-05-25

Abstract

本实用新型公开了一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，桥墩防撞构件设置在桥墩下部结构外侧，桥墩下部结构为桥墩与路面连接结构；桥墩防撞构件包括FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层；该防撞构件与桥墩采用一体成型施工技术，整个防撞结构采用FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层组成的蜂窝缓冲层、混凝土填筑层三重结构，该构件在受到冲击时形成撞击缓冲区、撞击力变形区、撞击力约束区三部分，将撞击能量分散在FRP套筒‑聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层组成的蜂窝缓冲层的周向，对车辆和桥梁下部结构进行双重保护。本实用新型采用一体化成型，成本低廉且结构简单且便于后期维护。

Description

一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件

技术领域

本实用新型涉及一种用于公路桥的桥墩防撞结构，属于桥梁防撞技术、桥梁工程及复合材料技术领域，尤其涉及一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件。

背景技术

随着我国经济社会的发展，我国桥梁建设进入飞速发展阶段，现有的公路桥混凝土桥墩抗冲击与消能性能差，添加的防撞装置主要是采用一些缓能结构延长撞击时间和改变撞击面积减少撞击力度；从技术实施角度看，采用的缓能结构主要是高性能闭孔吸能材料以吸收撞击力量，这种结构往往更适用于大型车辆通行区域的防护，工程造价较高且占据一定的地面面积，对于后期桥墩维护而言并不便捷，而且桥墩与车道之间往往存在围栏，设计的桥墩防护装置更多的用于警示；目前应用在桥墩防撞结构(含通航桥墩)中，主要是以下技术手段进行防撞结构的实现：

CN201810462995.1涉及到一种桥墩防撞设施，包括桥墩和防撞圈等；所述桥墩顶端通过支垫与防撞圈接触，所述防撞圈包括第一节段，所述第一节段的两侧的接头分别与第二节段和第三节段固定连接，所述第二节段和第三节段的外侧的接头分别与第四节段和第五节段固定连接，每个节段的正上方均装有检修孔，每个节段的内侧均安装有摩擦板。采用上述结构后，桥墩防撞设施采用整体环绕式的防撞结构来保护桥墩，扩大了桥墩的保护范围。还可以防止局部防撞结构松动或者受潮腐蚀，每节段设置的检修孔可方便工作人员对防撞圈做相应的修补。

CN201711059960.5公开了一种桥墩防撞系统，包括防撞本体，所述防撞本体设置有在桥墩外围，所述防撞本体包括第一层不锈钢蜂窝板层、吸能层、第二层不锈钢蜂窝板层和缓冲层，所述第一层不锈钢蜂窝板层包裹桥墩柱，所述吸能层包覆所述第一层不锈钢蜂窝板层，所述的吸能层外围包覆第二层不锈钢蜂窝板层，所述第二层不锈钢蜂窝板层外围设有缓冲层。所述桥墩防撞系统结构简单，且采用不锈钢蜂窝板，因此该系统具有很好的吸能效果，且不易变形，耐蚀性高，方便安装。所述的防撞系统能有效地吸收冲击能量，保证桥墩的主体结构的完整性，降低桥墩、车和人员的损失。

CN201810680981.7公开了一种桥墩防撞装置，该装置安装在桥墩外围，包括多个首尾相接的防撞组件，所述防撞组件包括多个正交排列的防撞单元和单元支撑体；所述防撞单元包括内衬筒和套设在内衬筒上的消能箱体，靠近桥墩一侧的所述消能箱体上设置有耐磨滑动块。这种桥墩防撞装置能够漂浮在水面上，当河流的水位发生变化时，防撞装置随着水位变化而升降，这样就能够避免了水位上升没过防护装置而使其起不到防护作用的问题，同时也不需要增加防护装置的长度。

CN201711063777.2涉及一种桥墩防撞装置，用于防护桥墩避免船舶碰撞，包括环形的防撞浮箱，所述防撞浮箱套设在桥墩上；设置在所述防撞浮箱内侧的若干导向轮，所述导向轮构造成能够随防撞浮箱升降而在所述桥墩上滚动。该装置保护桥墩避免船舶碰撞，同时防止水位上升没过防护装置而使其起不到防护作用。同时也不需要增加长度，从而节省成本，起到更好的防护效果。

综上分析，现有的桥墩防撞多是采用对桥墩进行二次围护，这种技术设计往往增加施工费用，增大了桥墩的防护面积(可能占据车道或航道)；这种围护结构填充一般是半刚性材料，且作为整体吸收撞击力的结构，对桥墩进行了有效保护，但是往往对于冲击物体本身(如汽车，货车或者车载物等)往往要承受很大的反作用力；考虑到桥墩本身具备一定的抗撞击能力，因此设计一种防撞击结构对桥墩和冲击物体本身进行双重保护也是有必要的。

纤维增强塑料简称FRP，FRP凭借强度高、质量轻、耐腐蚀等优点被广泛应用于建筑施工领域。本实用新型将FRP与橡胶混凝土配合使用，并结合聚氨酯泡沫将多重防撞结构层作为一个整体应用在桥墩防撞结构上，以提高桥墩的整体防撞性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计了一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，该防撞构件与桥墩采用一体成型施工技术，整个防撞结构采用FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层组成的蜂窝缓冲层、混凝土填筑层三重结构，该构件在受到冲击时形成撞击缓冲区、撞击力变形区、撞击力约束区三部分，将撞击能量分散在FRP套筒-聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层组成的蜂窝缓冲层的周向，对车辆和桥梁下部结构进行双重保护。

本实用新型采用的技术方案为一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，桥墩防撞构件设置在桥墩下部结构外侧，桥墩下部结构为桥墩与路面连接结构；桥墩防撞构件包括FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层；FRP套筒、聚氨酯泡沫层和橡胶混凝土层为一体化结构；所述FRP套筒围护在橡胶混凝土层的外侧；所述橡胶混凝土层中设有多层离散分布的填充孔，填充孔中填筑有由聚氨酯泡沫组成聚氨酯泡沫层。

进一步地，所述橡胶混凝土层的横断面为圆形、圆角矩形或矩形等。

进一步地，所述橡胶混凝土层的内侧为桥墩下部结构。

进一步地，所述FRP套筒的外形尺寸与桥墩的外形尺寸相同。

进一步地，桥墩上部结构在桥墩防撞构件上部成型。

进一步地，桥墩防撞构件横向截面面积与桥墩上部结构横向截面面积之比为25％-40％。

进一步地，桥墩防撞构件的高度不超过2m。

进一步地，FRP套筒由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维选用玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

与现有技术相比较，本实用新型所提出的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，解决现有混凝土桥墩抗冲击与消能性差，防撞装置刚度过大、维护成本高、耐久性不足等问题，本实用新型采用一体化成型，整体结构一致性完整。

附图说明

图1、4、7分别表示圆形桥墩、圆角矩形桥墩和矩形桥墩外侧的FRP套筒；

图2、5、8分别表示圆形桥墩、圆角矩形桥墩和矩形桥墩外侧的FRP套筒填充上部分填充材料后的示意图；

图3、6、9分别表示圆形桥墩、圆角矩形桥墩和矩形桥墩相应的实例。

图10为采用防撞构件的混凝土桥墩和未采用防撞构件的混凝土桥墩撞击试验的撞击力时程曲线。

图中：1——FRP套筒，2——聚氨酯泡沫层，3——橡胶混凝土层；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，桥墩防撞构件设置在桥墩下部结构外侧，桥墩下部结构为桥墩与路面连接结构；桥墩防撞构件包括FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层；FRP套筒、聚氨酯泡沫层和橡胶混凝土层为一体化结构；所述FRP套筒围护在橡胶混凝土层的外侧；所述橡胶混凝土层中设有多层离散分布的填充孔，填充孔中填筑有由聚氨酯泡沫组成聚氨酯泡沫层。

进一步地，所述橡胶混凝土层的横断面为圆形、矩形或圆角矩形等。

进一步地，所述橡胶混凝土层的内侧为桥墩下部结构。

进一步地，所述FRP套筒的外形尺寸与桥墩的外形尺寸相同。

进一步地，桥墩上部结构在桥墩防撞构件上部成型。

进一步地，桥墩防撞构件的高度不超过2m。

FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层的成型过程如下：

S1、在桥墩下部施工时，在桥墩下部外侧预留出桥墩防撞构件的安装成型位置，仅对桥墩下部进行钢筋绑扎，然后固定好桥墩下部的成型模板；模板内浇筑混凝土，完成桥墩下部的施工。

S2、预加工FRP套筒，按照桥墩防撞构件横向截面面积计算FRP套筒的外形尺寸，采用连续纤维和热固性树脂对FRP套筒进行热熔成型；将FRP套筒套设在桥墩下部外侧，FRP套筒作为后续橡胶混凝土层的成型模板。

S3、在FRP套筒与桥墩下部之间分散安装固定聚氨酯泡沫层，各个聚氨酯泡沫层的聚氨酯泡沫采用细长圆柱状结构，完成FRP套筒、聚氨酯泡沫层的固定安装，在FRP套筒与桥墩下部之间灌注配置好的橡胶混凝土。

S4、待橡胶混凝土固化后，FRP套筒、聚氨酯泡沫层、橡胶混凝土层三者一体化成型完成桥墩下部防撞结构的制作。

具体地，根据所需力学性能指标，按照复合材料理论计算FRP套筒中连续纤维和热固性树脂的复合比，使FRP套筒承受汽车时速不大于100km/h产生的冲击力(撞击力)。

所述的FRP套筒与橡胶混凝土之间为撞击缓冲区，橡胶混凝土和聚氨酯泡沫组成撞击力变形区，橡胶混凝土的内壁为撞击力约束区，对于车辆和桥墩形成有效保护。

选取弹性较好的橡胶混凝土并且内部填充材料选用聚氨酯泡沫，使整个桥墩结构的韧性得到明显的改善，阻尼耗能能力得到明显提升，将其用于桥墩结构的防撞减振，不仅可以降低撞击时的接触刚度，还可以加快桥墩结构的能量耗散；橡胶混凝土与聚氨酯泡沫无缝贴合，FRP套筒可对橡胶混凝土材料起到很好的保护，避免了橡胶混凝土材料耐久性差的缺点，延长橡胶混凝土的使用寿命；同时，为橡胶混凝土提供一种紧箍力，改善橡胶粒与水泥浆体的相容性。FRP套筒-橡胶混凝土的桥墩防撞构件可起到良好的缓冲消能作用，减少对碰撞车辆造成的损害，更有效地保护驾驶人员的安全；FRP套筒-橡胶混凝土的桥墩防撞构件可有效减轻桥墩遭受车辆撞击时发生的整体或局部损坏程度。橡胶混凝土填充材料为一种弹性混凝土材料(半刚性)，在普通混凝土基础材料中加入废旧橡胶粉碎后的橡胶颗粒制成，橡胶混凝土中的橡胶颗粒可显著改善混凝土的内部结构，增强混凝土拌合物的流动性，减小混凝土内部的约束和应力集中情况，吸收大量的冲撞能量；同时，为废旧轮胎的处理提供了一条绿色环保的途径。另外，本实用新型设计的聚氨酯泡沫蜂窝结构层，进一步改良了橡胶混凝土弹性性能，预先固定的聚氨酯泡沫埋设在橡胶混凝土中，形成蜂窝状结构；聚氨酯泡沫作为橡胶混凝土中的分层结构能够对橡胶混凝土受到冲击后的力学性能进行有效吸收，降低了后期的更换、维修成本；聚氨酯泡沫采用预固定的结构形式进行成型，聚氨酯泡沫用以缓冲桥墩的横向冲击，并不影响桥墩本体的整体力学性能，相较于一般钢筋混凝土结构，桥墩整体的弹性性能得到了显著改进。本实用新型基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土桥墩防撞构件制作方便、性能良好、成本较低，其采用的一体化成型技术能够进快速施工，可以广泛应用于公路桥桥墩的防撞措施中。

如图10所示，采用防撞构件和未采用防撞构件的混凝土桥墩在撞击试验中撞击力时程曲线的不同。撞击力的峰值从776.337KN降到156.361KN，降低了79.85％，降低明显。这表明，采用本实用新型提出的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件能大幅度降低撞击力，在碰撞发生时有效保护桥墩和车辆。

Claims

1.一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：桥墩防撞构件设置在桥墩下部结构外侧，桥墩下部结构为桥墩与路面连接结构；桥墩防撞构件包括FRP套筒、聚氨酯泡沫层及橡胶混凝土层；FRP套筒、聚氨酯泡沫层和橡胶混凝土层为一体化结构；所述FRP套筒围护在橡胶混凝土层的外侧；所述橡胶混凝土层中设有多层离散分布的填充孔，填充孔中填筑有由聚氨酯泡沫组成聚氨酯泡沫层。

2.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：所述橡胶混凝土层的横断面为圆形、圆角矩形或矩形。

3.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：所述橡胶混凝土层的内侧为桥墩下部结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：所述FRP套筒的外形尺寸与桥墩的外形尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：桥墩上部结构在桥墩防撞构件上部成型。

6.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：桥墩防撞构件横向截面面积与桥墩上部结构横向截面面积之比为25％-40％。

7.根据权利要求1所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：桥墩防撞构件的高度不超过2m。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种基于FRP和聚氨酯泡沫填充蜂窝状橡胶混凝土的桥墩防撞构件，其特征在于：FRP套筒由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维选用玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。