CN213328823U - 一种基于frp格构-橡胶的桥墩防撞构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FRP格构‑橡胶的桥墩防撞构件，包括FRP格构和橡胶，所述FRP格构包括内壁、外壁以及支撑在内壁与外壁之间的FRP格栅板；所述橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中；FRP格构沿周向围护在桥墩的外部。该构件与桥墩一体成型，整个防撞结构采用FRP格构‑橡胶‑FRP格构‑桥墩本体三重结构，该结构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格构‑橡胶‑FRP格构的周向，对车辆和桥梁进行双重保护。本实用新型制作方便、性能良好、成本较低，可以应用于公路桥桥墩的防撞措施中。

Description

一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件

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格构-橡胶的桥墩防撞构件。

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。本实用新型拟将FRP的高强度、高弹性模量和橡胶的高弹性等力学性能应用在桥墩防撞结构上，提高桥墩的防撞性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计了一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，该构件与桥墩一体成型，整个防撞结构采用FRP格构-橡胶-FRP格构-桥墩本体三重结构，该结构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格构-橡胶-FRP格构的周向，对车辆和桥梁进行双重保护。

本实用新型采用的技术方案为一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，包括FRP格构和橡胶，所述FRP格构包括内壁、外壁以及支撑在内壁与外壁之间的FRP格栅板；所述橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中；FRP格构沿周向围护在桥墩的外部。

进一步地，所述FRP格栅板按一定间距呈放射状均匀分布在内壁和外壁之间，FRP格栅板与内壁和外壁均垂直，整体一起制作成型。

进一步地，所述FRP格构为圆形、矩形或圆角型等。

进一步地，所述橡胶填充密布于所述FRP格栅孔中，橡胶与FRP格构形成密实的整体结构。

进一步地，FRP格构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格构由连续纤维、钢格栅板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。连续纤维和热固性树脂通过热熔与钢格栅板连接。

与现有技术相比较，本实用新型所提出的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，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。

由于FRP格栅板按一定间距呈放射状均匀分布在内壁和外壁之间，也即断面结构中，FRP格栅板为喇叭形(外部大，内部小)，FRP格栅板的外壁被撞击后，向周围进行压缩，进而压缩相邻的FRP格栅板，相邻的FRP格栅板继续压缩橡胶，进而形成沿桥墩周向进行撞击力扩散的受力结构。

所述的FRP格构的外壁与橡胶之间为撞击缓冲区，FRP格栅板和橡胶组成撞击力变形区，FRP格构的内壁为撞击力约束区，对于车辆和桥墩形成有效的保护。

FRP格栅板按一定间距呈放射状均匀分布在内壁和外壁之间，与内壁和外壁均垂直，整体一起制作成型；选取弹性较好的橡胶作为填充材料，橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中，且密布于所述格栅孔中，与FRP格构形成密实的一个整体，防止整个构件出现应力集中现象，使发生碰撞时应力分布均匀；FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件包裹于车辆撞击桥墩的范围内，FRP格构的内壁无缝贴合于混凝土桥墩外表面；橡胶填充材料与格栅孔四周孔壁无缝贴合，FRP格构可对其内橡胶材料起到很好的保护，避免了橡胶耐久性差的缺点，延长橡胶的使用寿命。FRP格构-橡胶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格构-橡胶的桥墩防撞构件可有效避免汽车撞击对原有结构的局部损坏和整体损伤,作为装配式防撞体系，其安装方便工程量小，且在撞击损坏后易于更换。

本实用新型所述FRP格构式混凝土桥墩防撞构件制作方便、性能良好、成本较低，可以应用于公路桥桥墩的防撞措施中。

附图说明

图1、4、7分别表示圆形桥墩、椭圆形桥墩和方形桥墩外侧的FRP格构；

图2、5、8分别表示圆形桥墩、椭圆形桥墩和方形桥墩外侧的FRP格构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、椭圆形桥墩和方形桥墩相应的实例。

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格构，2—橡胶，3–桥墩；

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。

本实用新型技术实施的施工步骤：

S1、首先采用所述真空导流法在工厂预制基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件；

S2、待桥墩整体施工完成后，将已先预制好的防撞构件运送至现场，采用吊车吊装该防撞试件至桥墩上方，使桥墩穿过该防撞构件；

S3、吊车缓慢下降，直至该防撞构件就位于桥墩底部的指定位置。

FRP格栅板按一定间距呈放射状均匀分布在内壁和外壁之间，与内壁和外壁均垂直，整体一起制作成型；

选取弹性较好的橡胶作为填充材料，橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中，且密布于所述格栅孔中，与FRP格构形成密实的一个整体。防止整个构件出现应力集中现象，使发生碰撞时应力分布均匀；

FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件包裹于车辆撞击桥墩的范围内，FRP格构的内壁无缝贴合于混凝土桥墩外表面；

橡胶填充材料与格栅孔四周孔壁无缝贴合，FRP格构可对其内橡胶材料起到很好的保护，避免了橡胶耐久性差的缺点，延长橡胶的使用寿命。

FRP格构-橡胶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格构-橡胶的桥墩防撞构件可有效避免汽车撞击对原有结构的局部损坏和整体损伤，作为装配式防撞体系，其安装方便工程量小，且在撞击损坏后易于更换。

FRP格构、橡胶的成型过程如下，

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格构，FRP格构为中空结构，FRP格构按照桥墩的外形制作，FRP格构用以包裹住桥墩，FRP格构与桥墩之间留有5mm的间隙；FRP格构按照内壁、外壁以及支撑在内壁与外壁之间的FRP格栅板进行连接；连接好的FRP格构之间设有多个格栅孔，利用真空导流法将橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中；

S3、吊装FRP格构，将FRP格构吊放至成型的桥墩下部外侧，桥墩下部与橡胶混凝土层之间存在5mm的连接缝中灌注混凝土砂浆浆液，将橡胶混凝土层与桥墩下部连接成一个整体。

S4、桥墩上部的桥墩本体即与桥墩下部相对应的部分继续采用绑扎钢筋、浇筑混凝土进行成型；桥墩外侧的结构即与桥墩防撞构件外侧相对应的部分采用固定钢筋网、浇筑混凝土进行成型。

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

所述FRP格构与橡胶的填充方法采用真空导流法。具体生产过程：

S1、橡胶块包覆无碱玻璃纤维(800g±45°三轴向斜纹布)两层；

S2、模腔内铺覆三层800g0°和90°双轴向无碱玻璃纤维；

S3、将包覆好玻纤材料的橡胶芯材填入模腔中，装填密实，面层再覆盖三层800g0°和90°双轴向无碱玻璃纤维布；

S4、密封真空袋膜，开启真空机组，使模腔真空度达到0.085Mpa，并检查有无漏气。

S5、灌注聚酯树脂，直至试件完全浸润并保压30分钟。

S6、固化脱模并手糊安装钢筋预埋件。

如图10如下，显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。研究对象为圆形桥墩和圆形防撞构件，桥墩半径为350毫米，防撞构件总厚度为81毫米，内径350毫米，外径431毫米，顶板和底板厚3毫米，腹板厚4毫米，腹板间隔为15°。撞击采用230千克钢质圆头落锤，落锤高度为0.82米。研究结果显示，采用防撞构件后，混凝土桥墩的撞击力峰值从776KN降低到417KN，降低了46％。这表明，采用基于FRP格构-橡胶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 (7)

1.一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：包括FRP格构和橡胶，所述FRP格构包括内壁、外壁以及支撑在内壁与外壁之间的FRP格栅板；所述橡胶填充于FRP格构的内壁、外壁和FRP格栅板形成的格栅孔中；FRP格构沿周向围护在桥墩的外部。

2.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：所述FRP格栅板按一定间距呈放射状均匀分布在内壁和外壁之间，FRP格栅板与内壁和外壁均垂直，整体一起制作成型。

3.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：所述FRP格构为圆形、矩形或圆角型。

4.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：所述橡胶填充密布于所述FRP格栅孔中，橡胶与FRP格构形成密实的整体结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：FRP格构横向截面面积与桥墩上部结构横向截面面积之比为25％-40％。

6.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：桥墩防撞构件的高度不超过2m。

7.根据权利要求1所述的一种基于FRP格构-橡胶的桥墩防撞构件，其特征在于：FRP格构由连续纤维、钢格栅板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；连续纤维和热固性树脂通过热熔与钢格栅板连接。

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