一种分散式桥墩防撞装置

1.本发明涉及桥梁防护技术领域，具体涉及一种分散式桥墩防撞装置。


背景技术：

2.随着跨江和跨海大桥的快速建设，桥梁和通行船舶之间的矛盾日益突出，船撞桥事故逐渐增多，成为威胁桥梁安全的重要因素。据统计，船舶撞击桥墩接近船撞事件的80％，给生命财产和生态环境造成了巨大危害。因此，为桥墩设置耐撞性能好、吸能效率高的防撞装置，是抵御船撞事故、保障船桥安全的有效途径。然而，大尺寸防撞装置在长期服役过程中，尤其在海洋环境下，反复波浪作用对其结构安全构成了严重威胁，波长和波高较大且波峰位于防撞装置中部或两端时，易引起防撞装置的断裂破坏。
3.常用的防撞装置类型主要有人工岛方式、群桩方式和钢套箱方式，但都存在一些弊端。人工岛方式会影响航道，且造价高昂；群桩方式受撞易破损，且维修困难；钢套箱方式对船舶撞击力削减效果有限，且钢材易锈蚀，需要定期维护。
4.为此，现有技术中，已经有人设计出了结构不同的分散式桥墩防撞装置，比如对比文件cn111827205a，该对比文件中所述的防撞装置虽然可以在一定程度上克服了一体式防撞装置的缺点，但其结构较为复杂，防撞的漂浮橡胶筒挤压在一起容易碰撞磨损，且橡胶的材质提供的缓冲效果并不是最优，依然无法提供足够的抗力抵御船只碰撞。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种分散式桥墩防撞装置，旨在通过创新复合材料夹芯结构型式，结合耗能填充材料，达到优异的防船撞效果，同时，采用分散节段式设计，实现各节段独立运动，解决防撞装置因波浪作用的损坏问题。
6.为实现上述目的，根据本发明公开的实施例，提供一种分散式桥墩防撞装置，所述装置与桥墩同心设置，包括复合材料防撞系统、牵引滑动系统和太阳能发电系统；
7.所述复合材料防撞系统沿桥墩外围设置，水平截面形状为环形，包括若干个复合材料防撞节段，所述复合材料防撞节段采用真空导入一体化成型工艺制造，两端分别设置有电磁单元，所述电磁单元外侧固定有橡胶防撞垫，相邻所述复合材料防撞节段之间因电磁单元互相排斥；
8.所述牵引滑动系统固定在桥墩外周，旁边阵列分布有橡胶护舷，所述复合材料防撞系统通过所述牵引滑动系统与桥墩柔性连接，所述橡胶护舷通过螺栓紧固于桥墩周围；
9.所述太阳能发电系统设置于桥墩上部，高于所述复合材料防撞系统，所述太阳能发电系统所获电力用于为所述电磁单元供电。
10.优选的，所述复合材料防撞节段包括复合材料面层、复合材料腹板、泡沫芯材以及从所述复合材料防撞节段顶面预留的灌料孔注入的散粒体填充料。
11.优选的，所述复合材料防撞节段内侧还预留有凹槽，所述牵引滑动系统通过所述凹槽与所述复合材料防撞系统连接。
12.优选的，所述牵引滑动系统包括固定于所述凹槽内的复合材料拉环、沿桥墩竖向固定连接的复合材料滑槽、嵌入复合材料滑槽内的复合材料滑块以及连接复合材料拉环和复合材料滑块的复合材料锁链。
13.优选的，所述太阳能发电系统包括太阳能发电板，所述太阳能面板通过复合材料支架主梁和复合材料支架次梁支撑在桥墩周围，所述复合材料支架主梁和所述复合材料支架次梁通过螺栓固定。
14.优选的，所述电磁单元外侧采用橡胶胶粘剂固定所述橡胶防撞垫，所述橡胶防撞垫和所述橡胶护舷采用天然橡胶、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶中的一种或几种制成，所述橡胶胶粘剂选自天然橡胶胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂或聚氨酯橡胶胶粘剂中的一种或几种；所述复合材料面层、复合材料腹板、复合材料拉环、复合材料滑块、复合材料锁链、复合材料滑槽、复合材料支架主梁以及复合材料支架次梁采用玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或几种制成，基体材料选自不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂或乙烯基酯树脂中的一种或几种；所述泡沫芯材选自聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种；所述散粒体填充料选自陶粒、稻壳、橡胶颗粒或空心球中的一种或几种。
15.优选的，所述牵引滑动系统沿所述复合材料防撞节段周向对称布置。
16.优选的，所述复合材料腹板单元截面形状为矩形、梯形或蜂窝形，所述复合材料腹板布置层数为单层。
17.优选的，所述复合材料腹板单元截面形状为矩形、梯形或蜂窝形，所述复合材料腹板布置层数为双层或多层，布置形式为正交或错位。
18.优选的，所述太阳能发电板为曲面板或平面板，所述复合材料支架主梁和所述复合材料支架次梁为实心或空心，截面形状为圆形或方形。
19.与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
20.1.本发明采用复合材料制作防撞系统，可在船舶遭到撞击时，通过复合材料面层和复合材料腹板弯曲变形以及泡沫芯材压缩缓冲吸能，变形较大时，内部散粒体填充料发生摩擦破碎、耗散能量，同时，多层复合材料腹板布置结合内部散粒体填充料可以提供足够抗力抵御船撞荷载，错位复合材料腹板设计能防止碰撞接触刚度过大，达到降低冲击荷载的效果；
21.2.本发明采用分散节段式设计，可以有效避免长期服役过程中防撞装置因尺寸过大发生断裂破坏，节段内部又设有橡胶护舷，可以避免防撞装置与桥墩直接碰撞，有效减轻船桥损伤；
22.3.本发明复合材料防撞节段采用一体化成型工艺制造，运输、安装方便，且各节段独立工作，受损后维修便捷；
23.4、本发明防撞节段两端由电磁单元提供排斥力，减少节段之间碰撞磨损，电磁单元由太阳能供电，是一种绿色环保、可再生能源。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需的附图做简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中的一些实施例，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附图。
25.图1为本发明实施例的结构示意图；
26.图2为本发明实施例(不含太阳能发电系统)的俯视图；
27.图3为图2中a-a方向的剖视图；
28.图4为本发明复合材料防撞节段与牵引滑动系统(不含滑槽)连接示意图；
29.图5为本发明牵引滑动系统(不含滑槽)示意图；
30.图6为本发明牵引滑动系统中滑槽示意图；
31.图7为本发明太阳能发电系统示意图；
32.图8为本发明太阳能发电系统中复合材料主梁示意图；
33.图9为本发明太阳能发电系统中复合材料次梁示意图。
34.附图标记包括：1-桥墩、2-复合材料防撞系统、201-复合材料面层、202、泡沫芯材203-复合材料腹板、204-散粒体填充料、205-复合材料防撞节段、206-预留灌料孔、207-预留凹槽、3-电磁单元、4-橡胶防撞垫、5-牵引滑动系统、501-复合材料拉环、502-复合材料滑块、503-复合材料锁链、504-复合材料滑槽、6-橡胶护舷、7-太阳能发电系统、701-太阳能发电板、702-复合材料支架主梁、703-复合材料支架次梁。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
36.本发明公开了一种分散式桥墩防撞装置，如图1-4所示，该装置包括沿桥墩1周边布置的复合材料防撞系统2，复合材料防撞系统2由多个复合材料防撞节段205组成，所有复合材料防撞节段205组成横截面为与桥墩同心的环形。复合材料防撞节段205两端设置电磁单元3用以产生排斥力，减少复合材料防撞节段205之间的碰撞磨损。电磁单元3外侧采用橡胶胶粘剂固定橡胶防撞垫4，可以有效保护电磁单元3和复合材料防撞节段205。
37.复合材料防撞节段205包括复合材料面层201、复合材料腹板202、泡沫芯材203以及散粒体填充料204。复合材料防撞节段205是采用真空导入一体化成型工艺制造的，成型前，先要在复合材料防撞节段205顶面预留灌料孔206，后将散粒体填充料204通过预留灌料孔206注入。复合材料防撞节段205制造工艺简单，运输、安装方便，受损后维修便捷。
38.如图4-6所示，复合材料防撞系统2通过牵引滑动系统5与桥墩1柔性连接，牵引滑动系统5沿复合材料防撞节段205周向对称布置。牵引滑动系统5包括固定于复合材料防撞节段205内侧预留凹槽207的复合材料拉环501、沿桥墩1竖向固定连接的复合材料滑槽504、嵌入复合材料滑槽504内的复合材料滑块502、连接复合材料拉环501和复合材料滑块502的复合材料锁链503。牵引滑动系统5使分散的复合材料防撞节段205始终围绕在桥墩1周围，并通过复合材料防撞节段205的轻质材料与结构漂浮于水面，实现竖向自由浮动。牵引滑动系统5旁边还有阵列分布的橡胶护舷6，其通过螺栓紧固于桥墩1周围，以避免防撞装置与桥墩直接碰撞，有效减轻船桥损伤。
39.作为优选，橡胶防撞垫4和橡胶护舷6采用天然橡胶、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶，橡胶胶粘剂为天然橡胶胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂或聚氨酯橡胶胶粘剂；复合材料面层201、复合
材料腹板202、复合材料拉环501、复合材料滑块502、复合材料锁链503、复合材料滑槽504、复合材料支架主梁702以及复合材料支架次梁703采用玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维，基体材料为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂或乙烯基酯树脂；泡沫芯材203采用聚氨酯、聚乙烯或聚氯乙烯；散粒体填充料204采用陶粒、稻壳、橡胶颗粒或空心球。
40.如图7-9所示，本发明还包括太阳能发电系统7，它固定于桥墩1上部，也在复合材料防撞系统2和牵引滑动系统5上部，设置在水面以上。太阳能发电系统7包括太阳能发电板701、复合材料支架主梁702和复合材料支架次梁703，复合材料支架主梁702和复合材料支架次梁703用以支撑太阳能发电板701。复合材料支架主梁702和复合材料支架次梁703都通过螺栓紧固于桥墩1周围，复合材料支架主梁702略长于复合材料支架次梁703。太阳能发电系统7通过可再生太阳能为电磁单元3长期、稳定供电。
41.作为优选，太阳能发电板701为曲面板或平面板，复合材料支架主梁702和复合材料支架次梁703为实心或空心，截面形状为圆形或方形。
42.在本发明实施过程中，防撞装置受到船撞时，本发明通过复合材料面层201和复合材料腹板202弯曲变形以及泡沫芯材203压缩缓冲吸能，以减少冲击力。在变形较大时，内部散粒体填充料204发生摩擦破碎、耗散能量。但此时因为电磁单元3产生排斥力，复合材料防撞节段205之间不会产生碰撞磨损，电磁单元3外侧的橡胶防撞垫4，也可以有效保护电磁单元3和复合材料防撞节段205。
43.作为优选，复合材料腹板202单元截面形状为矩形、梯形或蜂窝形，复合材料腹板202布置层数为单层、双层或多层。若复合材料腹板202为双层或多层时，布置形式为正交或错位。多层复合材料腹板202布置结合内部散粒体填充料204可以提供足够抗力抵御船撞荷载，而错位复合材料腹板202设计能防止碰撞接触刚度过大，达到降低冲击荷载的效果。
44.同时，在服役过程中，波浪作用会引起防撞装置反复起伏运动，分散节段式设计可以有效避免防撞装置因波长和波高过大发生断裂破坏。
45.当然，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
46.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
47.尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。