一种梯级耗能防撞套箱的制作方法

本实用新型涉及船舶及桥梁防护技术领域，具体涉及一种梯级耗能防撞套箱。

背景技术：

船运作为一种低成本、大体量的运输方式，在交通运输中一直占有较大的比重，而随着交通运输业的不断发展，大量桥梁，尤其是跨海、跨江的大型桥梁不断兴建，这些桥梁所处的河、江、海域大都早已经是成熟的航道，其中的运输情况繁忙，且受水流、波涛、风浪等复杂情况的影响，桥梁不可避免的承受了船舶碰撞的风险，进而在桥梁上，主要是桥墩上大多安装有防撞设施，以承受和消减船舶的撞击力，保护桥梁避免其损毁，同时也降低对船舶及其上人员、货物的安全威胁，实现对桥梁和船舶的双向保护。

现有的桥梁防撞装置形式多样，但从安全性、经济性及安装的技术难度等方面综合考量，防撞钢套箱的使用最为普遍，其应用防撞钢套箱的变形消耗船只撞击时的动能(撞击能)，对桥梁和船舶都能起到较好的保护效果。

只是，现有的防撞套箱，为保证有效的防撞保护效果，一般都是以所处航道的最大船型为目标船型进行设计，在受到目标船型或与目标船型相近吨位的船只撞击时，钢套箱才会按理论设计的压溃曲线进行变形，消耗撞击的能量，最终体现出对桥梁和船只都较好的防护效果；而在受到小型船只的撞击时，钢套箱表现出的强度就会偏高，小型船只的撞击力无法将其击溃，从而出现类似刚性接触的撞击现象，也就达不到通过变形耗能进行防撞保护的效果，虽然还是对桥梁起到了一定的保护作用，但对船只的保护作用就很小，无法达到较好的保护船只及其上人员、货物的效果。

因此，需要设计一种可以适用于航道内的多种船型进行设防的防撞装置，以在各型船只的撞击下都能对桥梁和船只起到良好的防撞保护效果。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种梯级耗能防撞套箱，以适用于航道内的多种船型进行设防，保证在各型船只的撞击下都能对桥梁和船只起到良好的防撞保护效果。

为达到上述技术效果，本实用新型所采用的技术方案是：

一种梯级耗能防撞套箱，包括：钢结构套箱、橡胶缓冲件、双向受拉阻尼器和护舷；所述钢结构套箱围设在桥墩的一周，且所述钢结构套箱的内侧面与桥墩相间隔形成环形间隔空间；所述橡胶缓冲件和双向受拉阻尼器均设置在所述钢结构套箱与桥墩之间，并沿环形间隔空间的周向相间隔的设置有多个；所述护舷设置在钢结构套箱的外周面上。

进一步地，所述双向受拉阻尼器包括：外筒、连接板、受拉阻尼件、固定连杆和活动连杆；所述外筒为两端封闭的筒体；所述连接板活动设置于外筒的腔体内；所述受拉阻尼件平行于外筒的中轴线设置有多根，受拉阻尼件的一端固定到连接板上，位于连接板两侧的受拉阻尼件数量相等且相互交错布置，受拉阻尼件的另一端分别连接到对应一侧外筒的端部；所述固定连杆的一端固定在外筒一端的中心上并向外延伸；所述活动连杆固定在连接板上，并沿远离固定连杆的一侧延伸到外筒之外；所述固定连杆和活动连杆中一者的外端与钢结构套箱的内侧面连接，另一者的外端与桥墩连接，并使双向受拉阻尼器水平布置。

进一步地，所述受拉阻尼件为延长率大于15％的合金金属杆。

进一步地，所述固定连杆和活动连杆的外端均设置有连接耳孔，所述连接耳孔与钢结构套箱或桥墩铰链连接。

进一步地，所述橡胶缓冲件为橡胶垫块。

进一步地，所述橡胶垫块的一端固定在钢结构套箱的内侧面上，橡胶垫块的另一端向桥墩方向延伸且与桥墩相间隔。

进一步地，所述护舷为多个分体设置的橡胶复合材料护舷。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果有：

上述的梯级耗能防撞套箱，通过从外层到内侧桥墩依次设置的软质的护舷、钢质的套箱以及能弹性伸缩缓冲的橡胶缓冲件和双向受拉阻尼器，对船只的撞击进行梯级式分布的耗能保护：

一级耗能：船只的撞击首先与外层的护舷接触，面对较小的撞击力，通过外层护舷的缓冲吸能就能将撞击能量消耗掉，对船只、防撞设施及桥墩都不造成影响；

二级耗能：撞击力超出护舷的承受范围之后，未能被吸收掉的撞击能量继续冲击防撞设置，从而带动钢结构套箱向桥墩靠近，并在靠近的过程中压缩橡胶缓冲件和/或双向受拉阻尼器，通过橡胶缓冲件和双向受拉阻尼器的弹性伸缩缓冲吸能，在橡胶材料及阻尼器的双重缓冲作用下，吸收大量的能量，此时，护舷、橡胶缓冲件和双向受拉阻尼器的变形都还处于弹性变形阶段，对船只、防撞设施及桥墩仍然不会造成破坏性的损伤；

三级耗能：当撞击力超出护舷、橡胶缓冲件和双向受拉阻尼器变形缓冲耗能的极限之后，剩余的所有撞击能量集中到钢结构套箱，钢质的套箱被逐渐压溃，并在压溃过程中吸收消耗掉大量的能量，完全耗散撞击的能量，保护船只和桥墩，或者至少将触及到桥墩的撞击能量降到最低，降低船只过程中的刚性撞击，对船只和桥墩进行最大程度的保护，之后更换或维修梯级耗能防撞套箱即可；

通过上述的三级吸收耗能体系，分别应对小型、中型和大型船只的撞击，适用于对航道内多种船型进行设防，保证在各型船只的撞击下都能对桥梁和船只起到最大限度的防撞保护效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的平面结构示意图；

附图标记：1-钢结构套箱，2-橡胶缓冲件，3-双向受拉阻尼器，31-外筒，32-连接板，33-受拉阻尼件，34-固定连杆，35-活动连杆，36-连接耳孔，4-护舷，200-桥墩。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例提供的梯级耗能防撞套箱，包括：钢结构套箱1、橡胶缓冲件2、双向受拉阻尼器3和护舷4；钢结构套箱1围设在桥墩200的一周，且钢结构套箱1的内侧面与桥墩200相间隔形成环形间隔空间，钢结构套箱1的具体结构可参照现有防撞套箱。橡胶缓冲件2和双向受拉阻尼器3均设置在钢结构套箱1与桥墩200之间，并沿环形间隔空间的周向相间隔的设置有多个。

橡胶缓冲件2可直接使用现有的橡胶垫块，达到弹性变形进行缓冲吸能的效果即可。但本实施例中，将橡胶垫块的一端固定在钢结构套箱1的内侧面上，橡胶垫块的另一端向桥墩200方向延伸且与桥墩200相间隔。这样，橡胶垫块先不与桥墩200接触，在撞击使钢结构套箱1向桥墩200移动一段距离之后，再让其与桥墩200接触，进行缓冲吸能，以在较短的位移过程中最大限度的吸收能量，并将更多的能量交给双向受拉阻尼器3去吸收。

如图2所示，双向受拉阻尼器3包括：外筒31、连接板32、受拉阻尼件33、固定连杆34和活动连杆35；外筒31为两端封闭的筒体；连接板32活动设置于外筒31的腔体内；受拉阻尼件33平行于外筒31的中轴线设置有多根，受拉阻尼件33的一端固定到连接板32上，位于连接板32两侧的受拉阻尼件33数量相等且相互交错布置，受拉阻尼件33的另一端分别连接到对应一侧外筒31的端部；固定连杆34的一端固定在外筒31一端的中心上并向外延伸；活动连杆35固定在连接板32上，并沿远离固定连杆34的一侧延伸到外筒31之外；固定连杆34和活动连杆35中一者的外端与钢结构套箱1的内侧面连接，另一者的外端与桥墩200连接，并使双向受拉阻尼器3水平布置。

采用连接板32两侧都设置受拉阻尼件33的结构，当双向受拉阻尼器3收到轴向的挤压时，两侧的受拉阻尼件33均受力，通过其自身的大幅变形耗散能量的自身特性，可以极快的耗散掉撞击力，形成柔性碰撞，起到极佳的防撞效果。

本实施例中，受拉阻尼件33具体可采用延长率大于15％的合金金属杆，如采用申请号为cn201510792711.1的中国发明专利公开的高强度高延展性的铝合金(具体成分和性能可参见公开的专利文献)，其屈服强度为285～375mpa，伸长率为15.8～18.8％，同时拥有较高的抗拉强度和屈服强度，可在变形时吸收大量的能量，满足本实施例的使用要求。

同时，可在固定连杆34和活动连杆35的外端均设置连接耳孔36，并通过该连接耳孔36与钢结构套箱1或桥墩200铰链连接，保证上述的梯级耗能防撞套箱在收到非正面撞击时能够适应性的件一定的周向扭转，避免双向受拉阻尼器3侧向受力而损坏。本实施例中，将固定连杆34的一端固定在桥墩200上，活动连杆35这一端固定在钢结构套箱1上，进而在撞击产生位移时，只通过活动连杆35的移动即可完成吸能，设置更为合理。

参见图1，护舷4设置在钢结构套箱1的外周面上，具体到本实施例，护舷4采用多个分体设置的橡胶复合材料护舷4，便于安装，且防护效果显著。

上述的梯级耗能防撞套箱，通过从外层到内侧桥墩200依次设置的软质的护舷4、钢质的套箱以及能弹性伸缩缓冲的橡胶缓冲件2和双向受拉阻尼器3，对船只的撞击进行梯级式分布的耗能保护，具体体现为：

一级耗能，主要适应于小型船只或小力度的撞击：船只的撞击首先与外层的护舷4接触，面对较小的撞击力，通过外层护舷4的缓冲吸能就能将撞击能量消耗掉，对船只、防撞设施及桥墩200都不造成影响；

二级耗能，主要适应于中型船只或较大力度的撞击：这种程度的撞击力会超出护舷4的承受范围，未能被护舷4吸收掉的撞击能量继续冲击防撞设置，从而带动钢结构套箱1向桥墩200靠近，并在靠近的过程中压缩橡胶缓冲件2和/或双向受拉阻尼器3(具体到本实施例而言，是先通过双向受拉阻尼器3吸能，在通过双向受拉阻尼器3和橡胶缓冲件2同时吸能)，通过橡胶缓冲件2和双向受拉阻尼器3的弹性伸缩缓冲吸能，在橡胶材料及阻尼器的双重缓冲作用下，吸收大量的能量，此时，护舷4、橡胶缓冲件2和双向受拉阻尼器3的变形都还处于弹性变形阶段，对船只、防撞设施及桥墩200仍然不会造成破坏性的损伤；

三级耗能，针对大型船只或大力度的撞击：此时的撞击力超出护舷4、橡胶缓冲件2和双向受拉阻尼器3变形缓冲耗能的极限，进而剩余的所有撞击能量集中到钢结构套箱1，钢质的套箱被逐渐压溃，并在压溃过程中吸收消耗掉大量的能量，完全耗散撞击的能量，保护船只和桥墩200，或者至少将触及到桥墩200的撞击能量降到最低，降低船只过程中的刚性撞击，对船只和桥墩200进行最大程度的保护，之后更换或维修梯级耗能防撞套箱即可；

综上所述，采用上述技术方案的梯级耗能防撞套箱，通过其结构构建的三级吸收耗能体系，分别应对小型、中型和大型船只的撞击，适用于对航道内多种船型进行设防，保证在各型船只的撞击下都能对桥梁和船只起到最大限度的防撞保护效果。

需要说明的是，以上优选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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。