CN220666126U - 一种蓄能型桥梁防撞结构及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种蓄能型桥梁防撞结构及装置，其中蓄能型桥梁防撞结构包括内部填充有阻尼介质的防撞囊体，所述防撞囊体朝向桥墩的一侧设有蓄能器，所述蓄能器内部设有用于缓存所述阻尼介质的可变空间，所述防撞囊体的内部与所述蓄能器的可变空间相连通。该结构利用防撞囊体实现对船撞冲击的柔性缓冲，同时结合阻尼介质的粘滞特性，能够抵抗工作环境振动和衰减冲击波造成的脉冲，减小撞击过程中对桥梁钢结构主体产生的应力峰值，并且该结构还可以将撞击动能以内能形式耗散，同时部分转化为气体压缩能或弹性势能储存，待撞击结束后再重新释放使变形的防撞囊体重新恢复，简化了后续的维护流程。

Description

一种蓄能型桥梁防撞结构及装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及一种蓄能型桥梁防撞结构及装置。

背景技术

跨航道桥梁是路线跨越航道的关键工程，但是跨越航道的桥梁势必会使得航道变窄。随着交通行业的飞速发展，船舶与跨越航道的桥梁间的矛盾也在逐日加剧，桥梁船撞事故时有发生。桥梁结构受到船舶撞击后，会造成桥墩表面混凝土剥落，钢筋裸露，甚至会使墩柱整体产生剪切破坏，严重影响桥墩承载力，致使当地区域的水陆交通瘫痪。因此急需通过合理地方式来解决这桥梁和船舶间的这一矛盾。

为桥梁穿上保护衣--防撞装置，是目前行之有效的解决方法。其基本原理是基于自身变形耗能、延缓碰撞过程而设计，根据自身特点和适用范围进行分类。对于传统防撞装置，目前多以复合材料、钢结构为主体，同时配合阻尼元件为辅助结构。然而，传统辅助结构耐撞性能较差，耗能形式单一，致使复合材料、钢结构主体承担碰撞过程中的主要撞击力，材料整体塑性变形严重，对于后期的维修养护造成很大困难。以上各种不利因素使得通过材料失效变形耗能的传统防撞设施在碰撞后需要整体更换，导致维修和更换成本增加，在工程应用中带来较多不利影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种蓄能型桥梁防撞结构及装置，用以解决现有技术中存在的防撞结构耐撞性能较低、更换、拆解维护复杂的缺陷。

本实用新型提供一种蓄能型桥梁防撞结构，包括内部填充有阻尼介质的防撞囊体，所述防撞囊体朝向桥墩的一侧设有蓄能器，所述蓄能器内部设有用于缓存所述阻尼介质的可变空间，所述防撞囊体的内部与所述蓄能器的可变空间相连通。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述蓄能器包括壳体，所述壳体开设有导气口和导液口，所述导液口与所述防撞囊体相连通；所述壳体的内部还容置有气囊，所述气囊与所述导气口相连通；所述壳体的内壁与所述气囊的外壁形成所述可变空间。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述导液口设置有启闭阀件，以使所述阻尼介质在所述防撞囊体和所述可变空间之间双向流动。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述启闭阀件为利用支撑弹簧复位的菌形阀。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述蓄能器包括壳体，所述壳体的内部在轴向上还滑动设置有弹簧活塞，以将所述壳体分隔成气腔室和所述可变空间；所述气腔室开设有导气口，所述可变空间通过导液口与所述防撞囊体相连通。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述防撞囊体背离所述桥墩的一侧还设有外护板，所述外护板与至少一个所述防撞囊体相接。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述外护板内设有波纹板夹层，所述波纹板夹层之间填充有吸能材料。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述蓄能器的外部还罩设有防护箱，所述防撞囊体通过弹性紧固件安装于所述防护箱外，所述外护板吊装于所述防护箱外。

根据本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，所述防护箱朝向所述桥墩的一侧还设有阻尼元件。

本实用新型还提供一种蓄能型桥梁防撞装置，在桥墩的前端和后端均布设有多个如上述所述的蓄能型桥梁防撞结构。

本实用新型提供的一种蓄能型桥梁防撞结构及装置，其中防撞结构通过防撞囊体来承受撞击力，并随之发生挤压变形，使其内部填充的阻尼介质在撞击持续时间内流向蓄能器的可变空间，在流动过程中，由于阻尼介质内部相互摩擦生成热量，及时将撞击能转换为热能；同时，蓄能器受到阻尼介质的液压冲击而压缩内部气体体积时，部分撞击动能通过阻尼介质转化为气体压缩能，使撞击动能以气体压缩能的形式存储于蓄能设备，在撞击过程结束后，船舶脱离与防撞囊体接触，蓄能器内部的气体迅速膨胀，将阻尼介质重新灌输进防撞囊体，使防撞囊体恢复原有形状。该结构利用防撞囊体实现对船撞冲击的柔性缓冲，同时结合阻尼介质的粘滞特性，能够抵抗工作环境振动和衰减冲击波造成的脉冲，减小撞击过程中对桥梁钢结构主体产生的应力峰值，并且该结构还可以撞击动能以内能形式耗散同时部分转化为气体压缩能储存，待撞击结束后再重新释放使变形的防撞囊体重新恢复，简化了后续的维护流程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的蓄能型桥梁防撞结构的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的一种蓄能器的剖视图；

图3是本实用新型提供的蓄能型桥梁防撞结构的结构示意图之二；

图4是图3中的蓄能型桥梁防撞结构的局部剖视图；

图5是本实用新型提供的另一种蓄能器的剖视图；

图6是本实用新型提供的外护板的结构示意图；

图7是本实用新型提供的蓄能型桥梁防撞装置的安装示意图。

附图标记：

1：防撞囊体；11：阻尼介质；2：蓄能器；21：壳体；211：导气口；212：导液口；22：气囊；23：启闭阀件；231：菌形阀；232：支撑弹簧；233：阀座；24：可变空间；25：活塞；26：气腔室；27：弹簧活塞杆；3：连通管；4：外护板；41：波纹板夹层；42：吸能材料；5：防护箱；6：吊装组件；61：链条；62：吊耳；7：弹性紧固件；8：阻尼元件；

100：蓄能型桥梁防撞结构；200：桥墩。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供的一种蓄能型桥梁防撞结构100，包括内部填充有阻尼介质11的防撞囊体1，防撞囊体1朝向桥墩200的一侧设有蓄能器2，蓄能器2内部设有用于缓存阻尼介质11的可变空间24，防撞囊体1的内部与蓄能器2的可变空间24相连通，以提高桥梁应对船舶撞击的缓冲、耗能效果。

具体地，防撞囊体1和蓄能器2均为竖直设立的柱状罐体结构，且两者的体积大致相等。在本实施例中，防撞囊体1和蓄能器2均采用胶囊体结构，其两端呈半球面，因而浮力性能更佳，更适用于航道水域使用。防撞囊体1的壳体材料可以采用高强度帆布与合成橡胶硫化而成，材质强度还可以根据内部阻尼介质11的压强需求分为一布二胶、二布二胶、三布四胶等铺层形式，因为采用了较厚的橡胶材质，因而防撞囊体1具有耐磨损、耐日照、耐老化等性能，且具有气密性、水密性和较好的经纬向抗拉强度；并且，由于采用了柔性可形变的壳体材料，因而在撞击事故后续的修复过程中，只需要将阻尼介质11重新补入防撞囊体1中，即可恢复初始形态，无需重新更换新的防撞设备，不仅降低了水上作业的工作量，还大大地节约了维护成本。蓄能器2的壳体材料则采用凯夫拉纤维或玄武岩纤维复合材料包覆的钢结构，主要起到缓冲吸能和设备防护的作用，保护其内部的阻尼介质11不会因撞击而发生泄漏。

防撞囊体1内部填充的阻尼介质11具有粘滞性，正常状态下呈液态，可以采用硅油基阻尼液或者醇类阻尼液等等。防撞囊体1的底部通过连通管3与蓄能器2相连，连通管3或者蓄能器2的导液口212处安装有阀件，在正常状态下阀件处于关闭状态，而在发生船撞事故时，防撞囊体1因受到挤压变形而使阻尼介质11的压力急剧升高，当达到阀件的开启压力时阀件自动开启，阻尼介质11经过连通管3流入蓄能器2内。在流动过程中，液体内部分子间的相互摩擦生成热量，及时将撞击能转换为热能，进而削弱船舶撞击动能。同时，阻尼介质11还能够抵抗工作环境振动和衰减冲击波造成的脉冲，减小撞击过程中对钢结构主体产生的应力峰值。

如图2、图4和图5所示，蓄能器2可以采用气体式蓄能器，其通过压缩气体完成能量转化，使用时首先要向蓄能器2充入预定压力的气体。当系统压力超过蓄能器2内部压力时，阻尼介质11会压缩气体，将阻尼介质11中的压力转化为气体内能；当系统压力低于蓄能器2的内部压力时，蓄能器2中的阻尼介质11又在高压气体的作用下回流至防撞囊体1，释放储存的撞击能量。更具体地，气体式蓄能器可以为气囊式蓄能器或者活塞式蓄能器，其中，气囊式蓄能器具有气囊体惯性小，反应灵敏，不易漏气，没有油气混杂的可能，后期维护容易、附属设备少、安装容易、充气方便等优点；活塞式蓄能器则利用活塞将气体和液体隔开，活塞和蓄能器内壁之间有密封，所以油不易氧化，因此具有寿命长、重量轻、安装容易、结构简单、维护方便的优点。此外，蓄能器2还可以采用隔膜式蓄能器或者其他类型的气体式蓄能器，只要能够满足蓄能和缓冲的需求即可，此处不做限制。

本实施例提供的一种蓄能型桥梁防撞结构，通过防撞囊体1来承受撞击力，并随之发生挤压变形，使其内部填充的阻尼介质11在撞击持续时间内流向蓄能器2的可变空间，在流动过程中，由于阻尼介质11内部相互摩擦生成热量，及时将撞击能转换为热能；同时，蓄能器2受到阻尼介质11的液压冲击而压缩内部气体体积时，部分撞击动能通过阻尼介质11转化为气体压缩能，使撞击动能以气体压缩能的形式存储于蓄能器2中，在撞击过程结束后，船舶脱离与防撞囊体1接触，蓄能器2内部的气体迅速膨胀，将阻尼介质11重新灌输进防撞囊体1，使防撞囊体1恢复原有形状。该结构利用防撞囊体1实现对船撞冲击的柔性缓冲，同时结合阻尼介质11的粘滞特性，能够抵抗工作环境振动和衰减冲击波造成的脉冲，减小撞击过程中对桥梁钢结构主体产生的应力峰值，并且该结构还可以撞击动能以内能形式耗散同时部分转化为气体压缩能储存，待撞击结束后释放使变形的防撞囊体1重新恢复，简化了后续的维护流程。

进一步地，如图2所示，蓄能器2包括壳体21，壳体21开设有导气口211和导液口212，导液口212与防撞囊体1相连通。壳体21的内部还容置有气囊22，气囊22与导气口211相连通。壳体21的内壁与气囊22的外壁形成可变空间24。具体地，气囊22可以由耐油橡胶制成，并将其固定在壳体21的上部。在使用时，用设置在导气口211处与气囊22连接的充气阀(图中未示出)向气囊22内充入一定压力的惰性气体，例如氮气、氩气等。此外，气囊22也可以设置在壳体21的下部或者侧部，只要能够与导气口211连通并且在充气后封堵住导液口212即可，此处不作限制。气囊22的外壁与壳体21的内壁即可形成可变空间24，即壳体21内部除了气囊22之外的空间均可用于缓存阻尼介质11。

如图2所示，壳体21的导气口211与导液口212分别设置在壳体21的相对两端，导气口211在上端，导液口212在下端，导液口212通过启闭阀件23与防撞囊体1相连通，以使阻尼介质11在防撞囊体1和可变空间24之间双向流动。在发生撞击事故时，防撞囊体1发生变形，将内部的阻尼介质11挤向导液口212，当导液口212处的液体压力大于气囊22中的气体压力时，启闭阀件23打开导液口212，阻尼介质11被压入可变空间24中，实现对阻尼介质11的缓存，进而对撞击动能进行缓冲并转化为气体压缩能进行储存；在事故结束时，施加在防撞囊体1的撞击力减小或者消失，此时气囊22中的气体压力将大于可变空间24中阻尼介质11的压力时，可变空间24中的阻尼介质11便被重新排出至防撞囊体1中直到启闭阀件23完全封闭导液口212。

在一些实施例中，如图2所示，启闭阀件23为利用支撑弹簧232复位的菌形阀231。具体地，启闭阀件23通过阀座233固定在导液口212处，菌形阀231包括蘑菇状阀片以及阀杆，蘑菇状阀片的外径大于导液口212的内径，阀杆可以沿轴向在阀座内移动。支撑弹簧232套设在阀杆外，其下端可以与阀座固定连接。当气囊22填充完毕压缩气体时，气囊22的外壁能紧贴蓄能器2的壳体21的整个内腔，同时顶推菌形阀231的蘑菇状阀片，使其封闭导液口212，此时支撑弹簧232处于压缩状态。

如图5所示，在另一些实施例中，蓄能器2可以采用弹簧活塞式蓄能器，其包括壳体21，壳体21的内部在轴向上还滑动设置有活塞25，以将壳体21分隔成气腔室26和可变空间24。气腔室26内在轴向上还可以固定有弹簧活塞杆27，活塞25套设在弹簧活塞杆27上，以保证活塞25能够垂直运动，实现导向作用。气腔室26开设有导气口211，可变空间24通过导液口212与防撞囊体1相连通。在使用时，可以用设置在导气口211处与气囊22连接的充气阀(图中未示出)向气囊22内充入一定压力的惰性气体，例如氮气、氩气等。导液口212处或者连通管3上安装有启闭阀件(图中未示出)。活塞式蓄能器的工作原理与气囊式蓄能器的工作原理类似，均是通过可变空间24缓存阻尼介质11，然后将撞击动能转化为气体压缩能储存，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，如图3和图4所示，防撞囊体1背离桥墩200的一侧还设有外护板4，外护板4与至少一个防撞囊体1相接。如图6所示，外护板4内设有波纹板夹层41，波纹板夹层41之间填充有吸能材料42。具体地，外护板4可以与一个或者多个防撞囊体1的表面紧密贴接，使得外护板4与防撞囊体1的接触面积尽可能大。

本实施例中以一个外护板4对应三个防撞囊体1为例进行说明，此处不作限制。当发生船舶撞击时，船舶最先接触外护板4，通过外护板4内部的波纹板夹层41横向延展以及吸能材料42的塑性压溃变形来消耗撞击动能，同时外护板4整体压向防撞囊体1，使外护板4对应的三个防撞囊体1受力均分，进而分散了撞击点处的撞击力峰值，三个防撞囊体1同时发生挤压变形，使其内部填充的阻尼介质11在撞击持续时间内流向蓄能器2，在流动过程中，由于阻尼介质11自身结构内部分子间的强相互作用产生粘滞阻力，使撞击动能以内能形式消耗，同时在阻尼介质11流进蓄能器2内部的可变空间24时，还会将部分撞击动能以气体压缩能的形式储存。

因此通过外护板4能够增加对撞击动能的消耗，并且能够通过外护板4对多个防撞囊体1同时进行挤压，从而提高缓冲的效果，并且能够起到在一定程度上对防撞囊体1进行防护。另外，通过波纹板夹层41和吸能材料42作为填充物还能够有效提高外护板4的强度，并且能够加强有效防护性和缓冲的效果。

更进一步地，如图1和图2所示，蓄能器2的外部还罩设有防护箱5，防撞囊体1通过弹性紧固件7安装于防护箱5外，外护板4通过吊装组件6吊装于防护箱5外，且防撞囊体1夹设在外护板4和防护箱5之间。具体地，防护箱5朝向防撞囊体1的一侧通过高强螺栓安装有若干弹性紧固件7，弹性紧固件7呈圆弧形，其材质为橡胶，可与防撞囊体1的外表面完全贴合。因为弹性紧固件7的材质具有弹性，同样能够起到一定的消能缓冲效果，并且也能够便于将防撞囊体1进行拆装更换或者维护。

吊装组件6包括链条61和吊耳62，外护板4的上下两侧以及防护箱5朝向防撞囊体1的一侧均固定安装有吊耳62，吊耳62之间穿设有链条61，通过链条61的拉力使防撞囊体1和外护板4紧密连接固定。此外，吊装用的链条61还可以更换成其他耐用的绳索结构，此处不作限制。利用吊装组件6来可拆卸地连接防护箱5和外护板4，可以简化后续维护修复的操作流程，便于对外护板4进行更换和恢复。

更进一步地，如图3和图4所示，防护箱5朝向桥墩200的一侧还设有阻尼元件8。具体地，阻尼元件8可以采用剪切型、转动型、压缩型、充气型和水压型。本实施例中采用的是V型压缩型阻尼元件，其具有结构简单、制造容易和安装方便的特点。此外，压缩型阻尼元件还可采用D型、圆筒型、H型、鼓型和Ⅱ型。更具体地，阻尼元件8可以采用橡胶护舷。

更进一步地，防护箱5内部设有支撑垫块(图中未示出)，支撑垫块呈L型，且支撑垫块上开设有若干凹陷部，凹陷部的形状与蓄能器2的底部相契合，用于搁置蓄能器2。支撑垫块可以采用弹性材料，如橡胶材料等，可以避免在撞击过程中钢结构的防护箱5与蓄能器2相接触。

更进一步地，蓄能器2还装有卸压阀(图中未示出)，当检测到内部液压达到安全阈值时，卸压阀开启，对蓄能器2起到防护作用。

如图7所示，本实用新型还提供一种蓄能型桥梁防撞装置，在桥墩200的前端和后端均布设有多个如上述所述的蓄能型桥梁防撞结构100。在本实施例中，桥墩200的前端和后端分别布设有三个蓄能型桥梁防撞结构100，每个蓄能型桥梁防撞结构100均采用一个外护板4对应四个防撞囊体1的结构组合，具体的数量组合可以根据桥墩200的尺寸来调整，此处不作限制。此外，在桥墩200的两侧也可以布设蓄能型桥梁防撞结构100，考虑到对桥墩200侧面正向冲撞的概率较小，其安装蓄能型桥梁防撞结构100可以适当减少，或者仅利用防护箱5的钢结构和阻尼元件8来进行缓冲，不设置外护板4、防撞囊体和蓄能器2。

通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的蓄能型桥梁防撞结构和装置，通过多个防护箱5将桥墩200围住，当发生船体撞击事故时，外护板4最先发生压溃变形并通过波纹板夹层41和吸能材料42进行耗能，同时防撞囊体1受到挤压，将阻尼介质11注入到蓄能器2中，由于阻尼介质11在流动过程中，其内部分子产生相互作用力，致使其在流动过程中会产生热量，从而将船舶撞击动能转换为内能的形式进行消耗，并且蓄能器2中的阻尼介质11的液位上升，产生重力势能做功，产生能量转换，随着碰撞过程进行，蓄能器2受到阻尼介质11的液压冲击而压缩内部气体体积时，部分撞击动能通过阻尼介质11转化为气体压缩能，使撞击动能以气体压缩能的形式存储于蓄能器2中，在撞击过程结束后，船舶脱离与防撞囊体1接触，蓄能器2内部的气体迅速膨胀，将阻尼介质11重新灌输进防撞囊体1，使防撞囊体1恢复原有形状，简化后续维修更换流程。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，包括内部填充有阻尼介质的防撞囊体，所述防撞囊体朝向桥墩的一侧设有蓄能器，所述蓄能器内部设有用于缓存所述阻尼介质的可变空间，所述防撞囊体的内部与所述蓄能器的可变空间相连通。

2.根据权利要求1所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述蓄能器包括壳体，所述壳体开设有导气口和导液口，所述导液口与所述防撞囊体相连通；所述壳体的内部还容置有气囊，所述气囊与所述导气口相连通；所述壳体的内壁与所述气囊的外壁形成所述可变空间。

3.根据权利要求2所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述导液口设置有启闭阀件，以使所述阻尼介质在所述防撞囊体和所述可变空间之间双向流动。

4.根据权利要求3所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述启闭阀件为利用支撑弹簧复位的菌形阀。

5.根据权利要求1所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述蓄能器包括壳体，所述壳体的内部在轴向上还滑动设置有弹簧活塞，以将所述壳体分隔成气腔室和所述可变空间；所述气腔室开设有导气口，所述可变空间通过导液口与所述防撞囊体相连通。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述防撞囊体背离所述桥墩的一侧还设有外护板，所述外护板与至少一个所述防撞囊体相接。

7.根据权利要求6所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述外护板内设有波纹板夹层，所述波纹板夹层之间填充有吸能材料。

8.根据权利要求7所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述蓄能器的外部还罩设有防护箱，所述防撞囊体通过弹性紧固件安装于所述防护箱外，所述外护板吊装于所述防护箱外。

9.根据权利要求8所述的蓄能型桥梁防撞结构，其特征在于，所述防护箱朝向所述桥墩的一侧还设有阻尼元件。

10.一种蓄能型桥梁防撞装置，其特征在于，在桥墩的前端和后端均布设有多个如权利要求1至9中任一项所述的蓄能型桥梁防撞结构。