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多级缓冲耗能型桥梁防撞橡胶护舷
多级缓冲耗能型桥梁防撞橡胶护舷
 

为降低桥梁船撞风险而采取工程措施。当船舶撞击力接近或者远大于桥墩的承载能力时,设置附着于桥墩的防撞保护系统可以保护桥墩免受撞击破坏并避免由此导致的桥梁上部结构倒塌。而出于满足桥梁耐久性的要求,即使当船舶撞击力小于桥墩承载能力时,也可以设置相应规模的防船撞设施来防止如桥墩混凝土被船舶撞落等影响桥墩耐久性的破坏。

浮式装置与固定式装置相比,对水位变化明显、潮差大等情况适应力更强,同时工程造价相对较低。钢材力学性能稳定,相关技术工艺最为成熟,因此钢类浮式装置近些年得到较为广泛的应用,但也暴露一些问题:

首先是正常服役过程中,浮式装置不断与桥梁结构混凝土表面发生接触和摩擦,致使结构出现表层混凝土剥落、钢筋露出等病害。

撞后维修方面。当装置受到不同强度碰撞后,开展维修工作冗繁耗时。尤其是对于小强度撞击下发生局部损伤,导致装置密水性失效,都要将其从防撞装置上拆下后,在工厂进行大修(或重新制造新的单体),经水密试验确认,并达到钢结构防腐设计要求后,再进行安装、固定。当装置受到大型船舶的高强度碰撞后,造成装置的大面积受损,水体灌入箱体,若与桥梁结构无有效连接,导致装置沉入水中,损失严重。

防腐养护方面。作为钢类防撞结构,由于小型船舶碰撞、或较大型船舶低速碰撞或因其它偶然因素,造成局部轻微破损,加之潮湿的外部环境诱发破损处附近防腐漆皮大面积脱落现象经常发生,因此装置在设计使用寿命内防腐保养成为了又一亟需解决的问题。

由直筒形和弯筒形防撞单元总成。防撞单元由筒体和筒体内的填充材料体构成,且近桥梁结构侧设有移动装置。该专利结构简单,面对不确定性撞击荷载时,存在抗撞防线单一,性能分级不明确等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多级缓冲耗能型桥梁防撞装置,能够实现桥梁结构多级防漂浮物、船舶撞击。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种多级缓冲耗能型桥梁防撞装置,其特征在于所述桥梁防撞装置包括围绕桥墩或承台设置的若干个防撞节段,每一防撞节断均包括

耐蚀钢箱模块,包括内钢箱、外钢箱,耐蚀钢箱模块由下而上分为撞后防沉子模块和防撞子模块,撞后防沉子模块的内钢箱、外钢箱之间填充轻质高分子材料,防撞子模块的内钢箱和外钢箱之间填充橡胶类材料;

耐蚀钢箱模块近桥梁结构一侧设置有第一级缓冲-可缩进滚动接触模块和第二级吸能-滑动接触模块,第一级缓冲-可缩进滚动接触模块包括依次沿撞击方向叠加设置的折腹式吸能底座,可与桥梁结构发生滚动摩擦的滚动组件;第二级吸能-滑动接触模块包括依次沿撞击方向叠加设置的橡胶护舷,可与桥梁结构发生滑动接触的滑动组件;

所述的第一级缓冲-可缩进滚动接触模块中可与桥梁结构发生滚动摩擦的滚动组件比第二级吸能-滑动接触模块中可与桥梁结构发生接触的滑动组件沿撞击方向延展一定距离,即滚动组件与桥梁结构之间的距离小于滑动组件与桥梁结构之间的距离。

进一步地,内钢箱端部设有法兰盘,所述相邻防撞节段的内钢箱之间通过法兰盘连接,所述相邻防撞节段的外钢箱之间则通过连接搭板连接。

进一步地,对于方形的桥墩或承台来说,所述若干个防撞节段由至少四节直线型防撞节段和四节圆角型防撞节段组成。

进一步地,根据本发明的另一个实施例,所述若干个防撞节断包括直线型防撞节断、弯曲型防撞节断以及用于连接直线型防撞节断和弯曲型防撞节断的角隅过渡型防撞节段,其中角隅过渡型防撞节段两端的耐蚀钢箱模块厚度并不相同。

进一步地,所述的第一级缓冲-可缩进滚动接触模块中的滚动组件比第二级吸能-滑动接触模块中的滑动组件沿撞击方向延展一定距离,该距离视装置整体变形能力而定,一般以2~10cm为宜。

优选的,所述第一级缓冲-可缩进滚动接触模块和第二级吸能-滑动接触模块通过高强螺栓与第三级耗能-耐蚀钢箱模块连接。

更进一步优选的,第一级缓冲-可缩进滚动接触模块、第二级吸能-滑动接触模块通过垫板与第三级耗能-耐蚀钢箱模块连接,具体地,所述折腹式吸能底座焊接有垫板,所述垫板和外钢箱设有相配合的螺栓孔,橡胶护舷也设有与垫板相配合的螺栓孔,所述垫板通过高强螺栓与外钢箱连接,所述的橡胶护舷通过高强螺栓与垫板及外钢箱连接。

更优选的,所述的折腹式吸能底座屈服力和变形能力可以根据需求设计。

更进一步优选的,第一级缓冲-可缩进滚动接触模块和第二级吸能-滑动接触模块的整体刚度低于第三级耗能-耐蚀钢箱模块。

更优选的,耐蚀钢箱模块在水位线附近由下而上分为撞后防沉子模块和防撞子模块。

更进一步优选的,所述耗能-耐蚀钢箱模块中的内钢箱和外钢箱选用复合金属钢板制造,复合钢板可以是钛-钢轧制复合板、或钛-钢爆炸复合板或爆炸-轧制复合板。

更优选的,所述的撞后防沉子模块中,外钢箱内部和/或内钢箱内部焊接有纵向加劲肋条。

进一步优选的,所述的撞后防沉子模块中,内钢箱和外钢箱之间填充有轻质高分子材料,轻质高分子材料可以是模塑聚苯乙烯泡沫塑料 (EPS)、或硬质聚氨酯泡沫塑料(PUR)、或聚乙烯泡沫塑料(PE)或其他轻质高分子材料。

进一步优选的,所述的防撞子模块中,内钢箱和外钢箱之间填充有橡胶类材料,橡胶类材料可以是橡胶圈、橡胶粒、橡胶轮胎或其他缓冲吸能效果良好的橡胶类材料。

更优选的,所述的折腹式吸能底座是圆形截面的波纹筒体,或者是方形截面的波纹筒体,或者是任意多边形截面的波纹筒体,材料优选软钢或变形能力突出的钢材。

更优选的,所述的橡胶护舷可以是圆筒型(CY),或者是半圆型(D),也或者是超级拱型(SA),也可以是超级鼓型(SC)或其他缓冲吸能效果良好的橡胶结构。

更优选的,第一级缓冲-可缩进滚动接触模块中可与桥梁结构发生滚动摩擦的滚动组件,可以是金属滚轮,或者是尼龙滚轮;

第二级吸能-滑动接触模块中可与桥梁结构发生接触的滑动组件可以是聚四氟乙烯滑板,或者是其他摩擦系数小,耐磨性好的板材。

更优选的,所述耗能-耐蚀钢箱模块中的内钢箱和外钢箱之间设有横向加劲板。

更优选的,所述多级缓冲耗能型防撞耐蚀钢浮箱由若干个防撞节段组成,相邻防撞节段的内钢箱之间通过法兰盘连接,外钢箱之间通过连接搭板连接。

本发明中第三级耗能体是钢浮箱,也可以是钢浮筒等。

在桥梁结构正常运营条件下,浮式防撞装置能够很好适应潮差大的情况,装置随水位变化不断抬升与落下。尤其在海洋环境,装置在设计基准期内的起落以万次累计,如何保证装置与桥梁结构良好接触,不对结构表面造成损伤是浮式防撞装置在非撞击工况中必须考虑的重要问题。通过装置各模块之间强度和刚度的合理分布,使得装置在受到小型船舶碰撞、或较大型船舶低速碰撞或因其它偶然因素,指定模块发生损伤,不影响装置继续正常工作,修复时,只需进行构件层面的模块维修或更换。当装置受到大型船舶的高强度碰撞后,各防撞模块依次发生破坏,修复时,完成防撞节段层面的维修或更换。另外,作为钢类防撞结构的防腐保养问题十分重要,如何实现装置在正常服役过程中、或轻度撞击、刮碰后的免维护问题值得深入研究。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

一、多级抗撞设防,模块划分清晰,易于建立防撞装置的性能指标和性能等级划分。包括:第一级缓冲-可缩进滚动接触模块、第二级吸能-滑动接触模块、第三级耗能-耐蚀钢箱模块。

二、可更换、维修简单、工程价值和经济效益突出。小撞小修:维修或更换第一级缓冲-可缩进滚动接触模块、第二级吸能-滑动接触模块。大撞大修:维修或更换第三级耗能-耐蚀钢箱模块。

三、自浮能力强、严重破损后仍具备自浮能力。结合工程经验,设置不同子功能区域模块。现有船体结构设计及典型船撞事故案例表明,水上部分防撞装置为主要受力区域,水下部分次之。本发明装置由下而上划分为撞后防沉子模块,防撞子模块。撞后防沉子模块保证装置破损进入水体不发生沉没,内设纵向加劲肋条和轻质高分子材料,在保证整体装置具备很强自浮能力的同时,具备良好的缓冲耗能能力。防撞子模块为主要受撞区域,内置橡胶类材料,变形能力强,缓冲效果显著。

四、缓冲效果明显,耗能能力突出。折腹式吸能底座变形能力强,低强度撞击下,折腹式吸能底座首先发生变形,具备一定缓冲消能效果,其他模块未发生变形或变形不明显。中等强度撞击下,折腹式吸能底座变形明显,超过指定延展距离后,协同橡胶护舷产生良好的缓冲效果,此时主体钢箱未发生或发生轻微变形。高强度撞击下,第一级、第二级抗撞防线依次工作后,进一步地,主体钢箱发生变形,双层钢结构配合内置橡胶类材料或高分子材料,使得装置主体耗能能力突出。

五、耐蚀性极强,复合钢板使得装置正常服役过程中、或轻度撞击、刮碰后免维护。解决了小型船舶碰撞、或较大型船舶低速碰撞或因其它偶然因素,造成局部轻微破损诱发附近防腐漆皮大面积脱落的问题。

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