CN220183795U - 一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，包括从外到内设置的环形防线区、空心防线区以及中心核心区，环形防线区包括内环钢管、外环钢管以及第一混凝土填充层，内环钢管套设在外环钢管内侧，第一混凝土填充层设置在内环钢管和外环钢管之间；空心防线区的实心钢管和空心钢管交替排列且互相连接，形成一环形结构；各实心钢管内设置有第三混凝土填充层，实心钢管和空心钢管外侧间隙处填充有第二混凝土填充层；中心核心区包括圆形钢管和第四混凝土填充层，第四混凝土填充层设置在圆形钢管内。本实用新型可大大提高桥墩的抗冲击性能，在桥墩受撞击作用后，可通过替换外部防线结构后继续投入使用，从而节约了桥梁的建造成本。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及桥梁工程领域，具体涉及一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩。
【背景技术】
桥梁在生命周期内除了需抵抗日常的恒荷载(如自重荷载)与活荷载(如车辆荷载、行人荷载、风荷载、雨载等)，还需承受各种偶然荷载，如地震荷载、爆炸荷载、冲击荷载等。为了使桥梁工程具有抗震能力，在进行设计时，通常根据桥梁工程所处区域的抗震设防烈度进行抗震设计，同时采取特殊的措施以达到满足桥梁的抗震要求，如在抗震概念设计中采用“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计方法。然而针对冲击荷载作用下(如河道中行驶的船舶撞击跨江大桥的桥墩，公路上行驶的汽车撞击高架桥的桥墩等)如何进行桥梁工程的防撞设计方面因其荷载的特殊性，相关研究较少。
目前，提高桥梁工程桥墩抗冲击性能的技术途径一般主要有两种：一种途径是采用对桥墩自身进行防撞设计，通过增加桥墩自身的整体刚度和承载力，如增大桥墩的横截面面积、应用超高性能混凝土、纤维增强复合材料、超高分子量聚乙烯等高性能材料。另一种途径则是通过利用额外的辅助设施来吸收撞击物的能量，从而减小撞击物的冲击能量对桥墩的损伤，进而达到对桥墩的防撞设计。如应用橡胶、泡沫铝等具有大变形的吸能材料环绕包裹桥墩。
不论是通过增大桥墩的横截面面积、应用超高性能混凝土等提高桥墩自身抗冲击性能。还是利用额外的辅助设施来吸收撞击物的能量，从而减小撞击物的冲击能量对桥墩的损伤。然而，这些新材料、新结构和新措施的使用范围一般都有一定的限制，存在较高的技术门槛，或成本较高，因此虽然在一定程度上能够提高桥墩的抗冲击能力，却难以在短时间内大范围推广应用。
有鉴于此，本实用新型开发一种基于原有桥墩，在不增加额外新材料成本的基础上，对桥墩截面进行多道设防概念设计，不仅满足桥墩的基本力学性能，同时提高桥墩的抗冲击性能，即便桥墩在爆炸荷载或冲击荷载作用下桥墩发生了较大的位移变形，也不会因桥墩的断裂导致整座桥梁的倒塌，保障了人民的生命财产安全。
【发明内容】
本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，可大大提高桥墩的抗冲击性能，在桥墩受撞击作用后，可通过替换外部防线结构后继续投入使用，从而节约了桥梁的建造成本。
本实用新型是这样实现的：
一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，所述桥墩包括环形防线区、空心防线区以及中心核心区，所述空心防线区环设在所述中心核心区的外侧，所述环形防线区环设在所述空心防线区的外侧；
所述环形防线区包括内环钢管、外环钢管以及第一混凝土填充层，所述内环钢管套设在所述外环钢管内侧，所述第一混凝土填充层设置在所述内环钢管和所述外环钢管之间；
所述空心防线区包括多个实心钢管、多个空心钢管和第二混凝土填充层，各所述实心钢管内设置有第三混凝土填充层，所述实心钢管和所述空心钢管交替排列且互相连接，形成一环形结构；所述实心钢管和所述空心钢管外侧间隙处填充有第二混凝土填充层；
所述中心核心区包括圆形钢管和第四混凝土填充层，所述第四混凝土填充层设置在所述圆形钢管内。
进一步地，所述环形防线区的横截面面积占所述桥墩的实体横截面面积的20-30％。
进一步地，所述空心防线区的实体横截面积占所述桥墩的实体横截面面积的10-20％。
进一步地，所述中心核心区的横截面积占所述桥墩的实体横截面面积的50-70％。
进一步地，所述实心钢管和所述空心钢管之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述实心钢管、所述空心钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
进一步地，所述环形防线区的所述内环钢管与所述空心防线区的所述实心钢管和所述空心钢管外侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述内环钢管、所述实心钢管、所述空心钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
进一步地，所述中心核心区的所述圆形钢管与所述空心防线区的所述实心钢管和所述空心钢管内侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述内环钢管、所述实心钢管、所述圆形钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
进一步地，所述实心钢管和所述空心钢管的横截面均为圆形或六边及以上的多边形。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型利用防冲击概念设计改变桥墩的截面形式，通过多道设防设计来提高桥墩的防撞击性能。通过第一道防线即环形防线区的刚度抵抗撞击力，并通过第一道防线自身的破坏吸收撞击过程中的冲击能量，通过第二道防线即空心防线区的大变形来吸收撞击过程中的主要冲击能量，通过第三道防线即中心核心区的损伤吸收撞击过程中的少部分冲击能量，三道防线组成一个完整的桥墩防撞结构形式。因第一道防线与第二道防线分担的常规荷载占比较小，在桥墩受撞击作用后，通过替换第一道防线结构与第二道防线结构后，桥墩任然可继续投入使用，从而节约了巨额资金重新建造一座新桥梁的成本。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩的横截面结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参阅图1，本实用新型涉及一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，所述桥墩包括环形防线区1、空心防线区2以及中心核心区3，所述空心防线区2环设在所述中心核心区3的外侧，所述环形防线区1环设在所述空心防线区2的外侧；
所述环形防线1区包括内环钢管11、外环钢管12以及第一混凝土填充层13，所述内环钢管11套设在所述外环钢管12内侧，所述第一混凝土填充层13设置在所述内环钢管11和所述外环钢管12之间；
所述空心防线区2包括多个实心钢管21、多个空心钢管22和第二混凝土填充层23，各所述实心钢管21内设置有第三混凝土填充层211，所述实心钢管21和所述空心钢管22交替排列且互相连接，形成一环形结构；所述实心钢管21和所述空心钢管22外侧间隙处填充有第二混凝土填充层23；
所述中心核心区3包括圆形钢管31和第四混凝土填充层32，所述第四混凝土填充层32设置在所述圆形钢管31内。
在具体实施中，优选的一实施例：所述环形防线区1的横截面面积占所述桥墩的实体横截面面积的20-30％。
在具体实施中，优选的一实施例：所述空心防线区2的实体横截面积(除空心钢管22的孔洞面积)占所述桥墩的实体横截面面积的10-20％。
在具体实施中，优选的一实施例：所述中心核心区3的横截面积占所述桥墩的实体横截面面积的50-70％。
在具体实施中，优选的一实施例：所述实心钢管21和所述空心钢管22之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述实心钢管21、所述空心钢管22采用的钢管钢材的强度相适应。
在具体实施中，优选的一实施例：所述环形防线区1的所述内环钢管11与所述空心防线区2的所述实心钢管21和所述空心钢管22外侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述内环钢管11、所述实心钢管21、所述空心钢管22采用的钢管钢材的强度相适应。
在具体实施中，优选的一实施例：所述中心核心区3的所述圆形钢管31与所述空心防线区2的所述实心钢管21和所述空心钢管22内侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述实心钢管21、所述空心钢管22、所述圆形钢管31采用的钢管钢材的强度相适应。
在具体实施中，优选的一实施例：所述实心钢管21和所述空心钢管22的横截面均为圆形或六边及以上的多边形。
在本实用新型的另一个实施例中，其施工过程如下：
首先根据桥梁设计计算结果，确定桥墩的实体截面面积，然后根据此面积的20％左右确定第一道防线结构即环形防线区1的截面面积；根据桥墩的实体截面面积的10％左右确定第二道防线结构即空心防线区2中除了空心钢管孔洞处以外的实体部分的截面面积；再根据桥墩的实体截面面积的70％确定第三道防线即中心核心区3截面面积。
具体施工：第一步，将第三道防线即中心核心区3的圆形钢31管依次与第二道防线即空心防线区2的内侧相邻的所有钢管(含空钢管以及尚未浇筑混凝土的实心钢管)用电焊机通过焊缝焊接起来；第二步，用电焊机将第二道防线的钢管(含空钢管以及尚未浇筑混凝土的实心钢管)彼此焊接在一起，形成环形结构；第三步，将第二道防线即空心防线区2的外侧钢管(含空钢管以及尚未浇筑混凝土的实心钢管)与第一道防线即环形防线区1的内环钢管11通过焊缝焊接在一起；第四步，将用钢板形成所述环形防线区1的外环钢管12，并用焊缝将其封口；第五步，用泡沫塞满第二道防线空心防线区2中的空心钢管；第六步，用混凝土浇筑所述环形防线区1的内环形钢管11和外环钢管12之间的空间、第二道防线空心防线区1中未塞泡沫的钢管内部和外部空间、以及第三道防线中心核心区3的圆形钢管31内部空间，依次形成第一混凝土填充层13、第二混凝土填充层23第三混凝土填充层211以及第三混凝土填充层32；第六步，施工结束。
本实用新型的桥墩设置有三道防线，第一道防线即环形防线区通过自身刚度抵抗撞击物的冲击能量，如撞击仅对第一道防线结构自身产生破坏，未对第二道防线产生影响，或仅对第二道防线结构产生局部损伤，则可通过修复第二道防线结构，同时替换已经破坏的第一道防线结构，则可让桥墩恢复原状，继续投入使用。
第二道防线即空心防线区通过自身大位移变形吸收撞击物的冲击能量，如撞击对第二道防线结构自身产生破坏，未对第三道防线产生影响，或仅对第三道防线结构产生局部损伤，则可通过修复第三道防线结构，同时替换已经破坏的第一道防线结构与第二道防线结构，则可让桥墩恢复原状，继续投入使用。
第三道防线即中心核心区通过自身刚度抵抗撞击物的冲击能量，当撞击通过到第一道防线与第二道防线到达第三道防线时，其冲击能量的绝大部分已经被第一、第二道防线所吸收，剩余冲击能量变得较小，对第三道防线的撞击作用变小，如对第三道防线结构产生的损伤较小，则可通过修复第三道防线结构，同时更换第一、第二道防线结构，则可让桥墩恢复原状，继续投入使用。如对第三道防线产生的损伤较大，达到了无法修复的程度，但桥梁也不会因桥墩的断裂导致整座桥梁的倒塌，保障了人民的生命财产安全。
综上可知，本实用新型利用防冲击概念设计改变桥墩的截面形式，通过多道设防设计来提高桥墩的防撞击性能。通过第一道防线即环形防线区的刚度抵抗撞击力，并通过第一道防线自身的破坏吸收撞击过程中的冲击能量，通过第二道防线即空心防线区的大变形来吸收撞击过程中的主要冲击能量，通过第三道防线即中心核心区的损伤吸收撞击过程中的少部分冲击能量，三道防线组成一个完整的桥墩防撞结构形式。因第一道防线与第二道防线分担的常规荷载占比较小，在桥墩受撞击作用后，通过替换第一道防线结构与第二道防线结构后，桥墩任然可继续投入使用，从而节约了巨额资金重新建造一座新桥梁的成本。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述桥墩包括环形防线区、空心防线区以及中心核心区，所述空心防线区环设在所述中心核心区的外侧，所述环形防线区环设在所述空心防线区的外侧；
所述环形防线区包括内环钢管、外环钢管以及第一混凝土填充层，所述内环钢管套设在所述外环钢管内侧，所述第一混凝土填充层设置在所述内环钢管和所述外环钢管之间；
所述空心防线区包括多个实心钢管、多个空心钢管和第二混凝土填充层，各所述实心钢管内设置有第三混凝土填充层，所述实心钢管和所述空心钢管交替排列且互相连接，形成一环形结构；所述实心钢管和所述空心钢管外侧间隙处填充有第二混凝土填充层；
所述中心核心区包括圆形钢管和第四混凝土填充层，所述第四混凝土填充层设置在所述圆形钢管内。
2.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述环形防线区的横截面面积占所述桥墩的实体横截面面积的20-30％。
3.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述空心防线区的实体横截面积占所述桥墩的实体横截面面积的10-20％。
4.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述中心核心区的横截面积占所述桥墩的实体横截面面积的50-70％。
5.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述实心钢管和所述空心钢管之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述实心钢管、所述空心钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
6.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述环形防线区的所述内环钢管与所述空心防线区的所述实心钢管和所述空心钢管外侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述内环钢管、所述实心钢管、所述空心钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
7.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述中心核心区的所述圆形钢管与所述空心防线区的所述实心钢管和所述空心钢管内侧面之间通过焊条进行焊接，所述焊条的规格与所述内环钢管、所述实心钢管、所述圆形钢管采用的钢管钢材的强度相适应。
8.根据权利要求1所述的一种具有多道防线的可替换修复的防撞抗冲击性能桥墩，其特征在于：所述实心钢管和所述空心钢管的横截面均为圆形或六边及以上的多边形。
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