一種形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置的制作方法

本發(fā)明屬于橋墩防撞技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置，其能夠主動適應各類不同形狀的橋梁，且能夠標準化生產(chǎn)。

背景技術(shù)：

有關(guān)統(tǒng)計資料表明，我國最早建成的幾座座長江大橋自建成以來都經(jīng)歷過重大的船撞橋事故，類似的事故在其他地方也有發(fā)生。隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國的橋梁數(shù)量迅猛的增加以及航道上通行的船舶的日益增加。船橋相撞事件所帶來的經(jīng)濟損失以及人員傷亡的代價都是十分巨大的。船橋碰撞事故引起了國內(nèi)工程學界的極大關(guān)注，相關(guān)學者對橋梁防撞技術(shù)和裝置展開了大量研究。

目前，國內(nèi)主流的防撞裝置大都是彈性變形防撞設施以及壓壞變形防撞設施。其基本原理都是通過利用防撞裝置與船體接觸產(chǎn)生的彈性材料形變以及鋼板等骨材的破壞等來吸收能量，從而起到緩沖的作用來保護橋梁。常用的是鋼箱型防撞裝置，該消能設施利用鋼材塑性變形破損耗能，當船舶撞擊鋼套箱防撞裝置時，防撞結(jié)構(gòu)鋼板發(fā)生大變形，吸收部分碰撞能量，并且延長了接觸時間，使撞擊力峰值得以降低，同時由于結(jié)構(gòu)變形和相互作用，從而撥動船頭方向，減少了船舶與結(jié)構(gòu)間的能量交換。但是現(xiàn)有的防撞裝置設計安裝時需要根據(jù)橋墩自身的位置，外形形狀，水流速度和水位變化等多重因素來進行。因此現(xiàn)階段的橋梁防撞裝置必須按照對應橋梁的具體條件定制，從而帶來的一系列如造價高，保養(yǎng)費高，維修費用高的缺點，而且由于設計生產(chǎn)往往會耗費較多時間，更是無形之中增加了很多時間成本。普遍的橋梁防撞裝置的造價都在幾百萬甚至千萬的級別，然而往往如此高成本的裝置在經(jīng)受一次撞擊之后就會收到不可恢復的破壞，如此一來，造成了極大的經(jīng)濟價值的損失。故找到一種新的結(jié)構(gòu)形式的防撞裝置是十分有必要的。

由于存在上述缺陷和不足，本領(lǐng)域亟需做出進一步的完善和改進，設計一種橋墩防撞裝置，使其能夠經(jīng)受多次碰撞，且能夠有效地降低船只碰撞橋墩的沖擊力，減少碰撞造成的損失，同時具有較低的更換成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置，其包括從內(nèi)至外依次設置的耐磨板、防撞圈和多個獨立的防撞單元，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于防撞裝置需要根據(jù)橋梁的具體情況高度定制化生產(chǎn)，而帶來的生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明的形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置不僅能夠主動適應各類不同形狀的橋梁，而且還能夠根據(jù)不同的防撞要求實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，從而具有施工周期短、建造以及維護成本低等一系列優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提供了一種形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置，其特征在于，該裝置包括從內(nèi)至外依次設置的耐磨板、防撞圈和防撞單元，

其中，所述耐磨板環(huán)繞在橋墩外圍，所述耐磨板的外層包覆一層防撞圈，所述防撞圈外層被若干個相同的防撞單元包覆，每個所述防撞單元相互獨立，通過夾扣將每個獨立的防撞單元與所述防撞圈連接在一起，所述防撞單元內(nèi)部填充有消能材料，且所述防撞單元使整個裝置浮在水面上。

進一步優(yōu)選地，所述耐磨板為聚氨酯、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫鋁、聚苯泡沫、聚酰亞胺泡沫中的一種或者幾種制成。上述材料制備的耐磨板具有良好的耐磨性能，且質(zhì)量較輕，能浮在水面上，對橋墩起到保護作用。

優(yōu)選地，所述防撞圈采用鋼板制成。

優(yōu)選地，所述夾扣為L型，由高強度鋼板制成。鋼板具有較高的強度，不易變形，能夠抵抗較大外力的沖擊，因此，采用鋼板制作防撞圈、高強度鋼板制作夾扣，能夠極大地防止因外力造成的損壞。

優(yōu)選地，所述夾扣的底部焊接在所述防撞圈上，與防撞圈外表面留有空隙用于放入防撞單元，所述夾扣的頂部設置有螺栓孔，用于在空隙間加入墊片后栓接固定。

優(yōu)選地，所述防撞單元是由板材圍成的一個封閉的U型結(jié)構(gòu)，在所述板材圍成的封閉的空間內(nèi)填充有消能材料。較多的比較試驗表明，U型結(jié)構(gòu)外部圓滑，在碰撞時能夠減少對船只的損壞，而在中間填充的消能材料，能夠在碰撞時能夠吸收較多的能量，減少損害。

優(yōu)選地，所述板材為夾層結(jié)構(gòu)，所述板材是在兩層鋼板之間注入橡膠材料復合而成。較多的比較試驗表明，夾層結(jié)構(gòu)的板材本身具有較大的強度，不易變形，即便發(fā)生變形時，也能由于其夾層結(jié)構(gòu)和中間注入的橡膠，能夠吸收更多的能力，起到更好的緩沖作用。

優(yōu)選地，所述消能材料為聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫鋁、聚苯泡沫、聚酰亞胺泡沫中的一種或者幾種。較多的比較試驗表明，采用上述材料作為消能材料，增加了材料對于緩沖吸能的參與度，將剛性碰撞轉(zhuǎn)換成了彈塑性碰撞，能夠有效地吸收船只碰撞橋墩時的沖撞力，減少損害，大大提高了整個結(jié)構(gòu)對于橋梁以及船舶的雙向保護能力，同時由于其密度小，能夠浮在水面起到保護橋墩的作用。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本裝置的防撞單元為獨立的標準件，因此可以主動適應不同形狀的橋梁設計，省去主動設計的過程，避免了復合材料浮式套箱針對每個橋墩需要重新制作模具的問題，成本低，安裝時間短，安裝過程簡易，防腐蝕效果好，維護成本低。

(2)每個防撞單元均是獨立的，在發(fā)生碰撞之后，只需要換掉已被破壞的單元即可重應用，而不用像整體浮式套箱在碰撞后整體更換，大大的節(jié)約了經(jīng)濟成本。且裝置本身結(jié)構(gòu)合理簡單，免維護，形狀靈活多變，由于防撞單元的獨立性，擁有類似于船舶多艙的穩(wěn)定性以及抗沉性，破壞后的維護方便易行。而且還能夠根據(jù)不同的防撞要求實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，從而具有施工周期短，建造以及維護成本低等一系列優(yōu)點。

(3)本發(fā)明的裝置的防撞單元采用U型結(jié)構(gòu)，其外部圓滑，在碰撞時能夠減少對船只的損壞，而在中間填充的消能材料，能夠在碰撞時能夠吸收較多的能量，減少損害。而夾層結(jié)構(gòu)的板材本身具有較大的強度，不易變形，即便發(fā)生變形時，也能由于其夾層結(jié)構(gòu)和中間注入的橡膠，能夠吸收更多的能力，起到更好的緩沖作用。

(4)本發(fā)明的防撞裝置在結(jié)構(gòu)中運用了大量的聚氨酯等輕質(zhì)材料，由于材料本身的優(yōu)異特性，減輕了整個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，加大了整個結(jié)構(gòu)的面內(nèi)彎矩，在保證了整個結(jié)構(gòu)的強度標準的前提下，在發(fā)生碰撞時，增加了材料對于緩沖吸能的參與度，將剛性碰撞轉(zhuǎn)換成了彈塑性碰撞，大大提高了整個結(jié)構(gòu)對于橋梁以及船舶的雙向保護能力。

(5)本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、容易制備、成本低廉等優(yōu)點，能夠適應不同形狀的橋墩，且替換時僅需替換損壞的單元，大大降低了成本，適合大規(guī)模推廣使用。

附圖說明

圖1是發(fā)明的形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1的A-A界面剖視圖；

圖3(a)和圖3(b)是兩種形狀的橋墩的安裝圖；

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-耐磨板，2-防撞圈，3-夾扣，4-防撞單元，5-橋墩。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是發(fā)明的形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置的結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，該裝置包括從內(nèi)至外依次設置的耐磨板1、防撞圈2和防撞單元4，

其中，所述耐磨板1環(huán)繞在橋墩5外圍，所述耐磨板1的外層包覆一層防撞圈2，所述防撞圈2外層被若干個相同的防撞單元4包覆，每個所述防撞單元4相互獨立，通過夾扣3將每個獨立的防撞單元4與所述防撞圈2連接在一起，所述防撞單元4內(nèi)部填充有消能材料，整個裝置浮在水面上。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述耐磨板1為聚氨酯、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫鋁、聚苯泡沫、聚酰亞胺泡沫中的一種或者幾種制成。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述防撞圈2采用鋼板制成。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述夾扣3為L型，由高強度鋼板制成。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述夾扣3的底部焊接在所述防撞圈2上，與防撞圈2外表面留有空隙，可放入防撞單元，頂部設置有螺栓孔，空隙間加入墊片后，用于栓接固定。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述防撞單元4是由板材圍成的一個封閉的U型結(jié)構(gòu)，在所述板材圍成的封閉的空間內(nèi)填充有消能材料，

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述板材為夾層結(jié)構(gòu)，所述板材是在兩層鋼板之間注入橡膠材料復合而成。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，所述消能材料為聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫鋁、聚苯泡沫、聚酰亞胺泡沫中的一種或者幾種。

為更好地解釋本發(fā)明，以下給出一個具體實施例：

參照附圖1(結(jié)構(gòu)圖)，一種形狀自適應的浮式橋墩防撞裝置，包括設置在橋墩5周圍的一圈內(nèi)層PE耐磨板1，在PE耐磨板1的外表面附加一層鋼板構(gòu)成中間防撞圈2，中間防撞圈2的外表面設置有L型夾扣3，中間防撞圈2外表面焊接有中間夾扣3，U型防撞單元4嵌入該夾扣后由螺栓固定夾扣安裝，U型防撞單元4通過L型夾扣3用高強螺栓固定的方式與防撞圈2連接在一起。所述U型防撞單元4，是用兩層鋼板夾一層橡膠所彎曲而成，并在彎曲形成的內(nèi)部空間填充進聚氨酯材料，通過L型夾扣3安裝在中間防撞圈2表面。所述L型夾扣3由高強度鋼板構(gòu)成，底部直接焊接于中間防撞圈2之上，與中間防撞圈2外表面留有空隙，可放入U型防撞單元，頂部設置有螺栓孔，空隙間加入墊片后，用于栓接固定。

具體地，由PE材料制造的耐磨板以和U型防撞單元4中填充的聚氨酯材料，由于其優(yōu)異的特性，保證了整個裝置可以自行浮在水面而且吸能效果優(yōu)異。由于防撞層可由復合材料直接彎曲形成，而且每個防撞單元相互獨立，通過L型夾扣連接在防撞層上，可以完美的主動適應各種形狀的橋墩。此外，因其每個單元獨立的特性，也大大降低了今后的維護和維修成本。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。