一种适用于桥墩的柔性消能防撞系统的制作方法

1.本实用新型属于结构防护技术领域，具体涉及一种适用于桥墩的柔性消能防撞系统。


背景技术：

2.近年来，随着江河上航行船舶的数量越来越多，吨位越来越大，船舶撞击桥墩的事件时有发生。船桥碰撞往往会造成船桥结构破损、货物泄漏、环境污染、人员伤亡等灾难性后果。因此，在桥梁桥墩上，往往需要设置有安全措施或者防护装置，以保证船舶撞击下结构的稳定性和安全性。
3.目前，常见的桥墩防护装置可分为直接构造和间接构造两大类。其中，直接构造指防护装置直接构造在被保护的桥墩上，撞击发生后，撞击力通过防护装置直接作用于被保护的桥墩上。而间接构造指防护装置与被保护的桥梁没有直接连接，撞击力不直接作用在被保护的桥梁上，例如墩外墩、人工岛、墩外桩群、漂浮围栏等。
4.对于两种防护装置而言，虽然都能在一定程度上实现结构的防护，但也分别存在一定的缺陷。例如，对于间接构造的防护装置而言，其设置后被撞时的撞击力可被防护装置吸收，不会作用于被保护的桥墩，对桥墩有较强的防护作用。但是，间接构造的防护装置与被保护的桥墩之间往往具有一定距离，使得其需要占用河道或水域，且维修工程量往往较大。与之相比，直接构造的防护装置主要分为弹性变形型、压坏(塑性)变形型、变位型三种类型。其中，弹性变形型防护装置被撞击后，虽然能实现弹性恢复，且维修工作小，但只能适用能量较小的冲击，一旦冲击超过其弹性变形范围，桥墩将被直接冲击，酿成重大事故。而压坏变形型防护装置和变位型防护装置虽然能通过装置本身的塑性变形和变位能吸收巨大的冲击能量，但每次撞击后装置的维护和维修工作量较大，导致防护装置的应用成本较高。
5.鉴于上述原因，申请人先后提出了在先专利申请cn214530170u、cn214530169u、cn210658243u，保护了多种形式的液压防撞胶囊，利用液压防撞胶囊来取代传统直接构造的防护装置，能够一定程度上提升桥墩的防护效果。不过，申请人通过试验发现，现有将液压防撞胶囊直接设置在桥墩外侧的设置方式仍然存在一定的缺陷，很难在桥墩的外侧形成整体性的防撞体系，无法充分发挥液压防撞胶囊的防撞性能，存在一定的局限性。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本实用新型提供了一种适用于桥墩的柔性消能防撞系统，能够实现液压防撞胶囊在桥墩外周的可靠设置，在桥墩的外周形成整体性的防撞体系，充分发挥防撞胶囊的防撞性能，提升桥墩的保护效果。
7.为实现上述目的，本实用新型提供一种适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其包括：
8.内圈框架，其沿环向套设于桥墩的外侧；
9.外圈框架，其沿环向套设于所述内圈框架的外侧，两框架之间无固定连接，并在两
框架之间形成有设置防撞组件的环形空间；
10.防撞组件，其包括多个沿环向并排夹设于所述环形空间内的防撞胶囊，用于在外圈框架被撞击时受其挤压变形并释放撞击力；
11.浮力组件，其设置在两框架的底部，用于浸入水中并为两框架提供浮力，使得两框架的上部突出水面，且下部浸入水中。
12.作为本实用新型的进一步改进，对应所述防撞胶囊在所述外圈框架的内侧和/或所述内圈框架的外侧设置有防护垫，使得所述防撞胶囊的至少一侧与所述防护垫紧贴。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述外圈框架的顶部和/或底部设置有若干横跨内圈框架的外横撑；所述外横撑的两端分别连接所述外圈框架。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述浮力组件包括至少一个沿环向设置的第一浮力管。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述桥墩为单墩，所述内圈框架沿环向绕设在其外周。
16.作为本实用新型的进一步改进，所述桥墩为并排设置的至少两个，所述内圈框架同时绕设在所述至少两个桥墩的外侧。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述桥墩为方形截面；
18.两框架分别包括分设于顺流向两侧的弧线段和连接设置于两弧线段之间的一对平直段；且所述桥墩顺流向的两侧分别设置有内横撑，该内横撑的两端分别连接所述内圈框架的顶部。
19.作为本实用新型的进一步改进，所述内圈框架和所述外圈框架分别由钢管拼接而成，并包括竖向间隔设置的至少三层，且各层之间通过竖向和/或斜向延伸的连接杆连接。
20.作为本实用新型的进一步改进，所述浮力组件包括呈长管状的第二浮力管；
21.所述第二浮力管设置在两框架的底部；或者所述第二浮力管设置在竖向相邻的两层钢管结构之间。
22.作为本实用新型的进一步改进，所述内圈框架与所述外圈框架之间设置有拉簧；所述拉簧为环向间隔设置的多个，其两端分别连接两框架，并处于预张拉状态；
23.和/或
24.在所述外圈框架的外侧和/或所述内圈框架接触所述桥墩外壁面的位置包覆设置有阻尼件。
25.上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
27.(1)本实用新型的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其通过在桥墩的外侧沿环向对应设置内圈框架和外圈框架，使得两框架之间形成容置防撞胶囊的空间，实现了液压防撞胶囊在桥墩外侧的可靠设置，再通过两框架底部浮力组件的对应设置，实现了两框架的可靠悬浮设置，确保了防撞系统设置的可靠性和准确性；而且，通过两框架之间的无固定连接设置，使得外圈框架的一侧受撞击时可以整体相对内圈框架向另一侧平移，并实现了单侧液压防撞胶囊的整体挤压，实现了单侧防撞胶囊的整体受力，充分利用了多个防撞胶囊同时设置的整体性，准确实现了桥墩的柔性消能防撞。
28.(2)本实用新型的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其通过两框架相对一侧上防护垫的对应设置，能够实现防撞胶囊受撞击作用时的可靠防护，提升防撞胶囊受力接触的面积，提升撞击力的释放效果，延长防撞胶囊的使用寿命。同时，通过在外圈框架的外侧和内圈框架接触桥墩外侧的区域设置阻尼件，能够一定程度上实现撞击时的缓冲，保护撞击的船只和桥墩的受撞击位置，进一步提升桥墩的防撞效果。
29.(3)本实用新型的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其通过在两框架之间的环向上设置多个拉簧，利用其中水平弹簧和斜向弹簧的对应设置，可以实现两框架之间相对位置的可靠保持，确保防撞系统受撞击之后在水平方向和竖向上的快速复原，提升防撞系统设置及使用的便捷性。
30.(4)本实用新型的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其通过环形浮力管和直线型浮力管的对应设置，可以实现两框架的可靠支撑，并可根据需要调节系统框架的浮力，满足不同应用环境下的使用需求。另外，通过设计空心管道来组装内外圈框架，装配过程简单、便捷，也为相应浮力管的设置提供了空间，简化了作业流程，降低了防撞系统的设置成本。
31.(5)本实用新型的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其结构简单，设置简便，能够实现液压防撞胶囊在桥墩外侧的可靠设置，并在环向上形成整体式的柔性消能防撞体系，实现桥墩受撞击时撞击力的快速释放和防撞系统的快速恢复，提升桥墩的保护效果，延长防撞系统的使用寿命，具有较好的实用价值和应用前景。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
33.图1、图2是本实用新型实施例中柔性消能防撞系统的结构示意轴测图；
34.图3是本实用新型实施例中柔性消能防撞系统的结构俯视图；
35.图4是本实用新型实施例中柔性消能防撞系统的局部放大图；
36.图5是本实用新型实施例中柔性消能防撞系统的结构侧视图；
37.图6是本实用新型实施例中柔性消能防撞系统的结构仰视图；
38.图7～图9是优选实施例中适用于柔性消能防撞系统的3种防撞胶囊结构示意图；
39.在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
40.1、内圈框架；101、内平直段；102、内弧线段；103、内横撑；104、加强筋；
41.2、外圈框架；201、外平直段；202、外弧线段；203、外横撑；204、连接杆；205、临时固定件；
42.3、防撞组件；301、防撞胶囊；302、防护垫；303、阻尼件；304、拉簧；
43.4、浮力组件；401、第一浮力管；402、第二浮力管；5、桥墩。
具体实施方式
44.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本
实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
45.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
46.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
47.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
48.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
49.实施例：
50.请参阅图1～图6，本实用新型优选实施例中的适用于桥墩的柔性消能防撞系统包括沿环向设置于桥墩5外周的内圈框架1和沿环向设置于内圈框架1外侧的外圈框架2，两框架之间无固定连接且间隔有一定的距离，并在两框架之间沿环向设置有防撞组件3。同时，对应两框架还设置有浮力组件4，由其实现整个防撞系统在水中的漂浮设置。通过两框架与防撞组件3、浮力组件4的对应设置，在桥墩的外侧形成柔性消能防撞系统，充分保护桥墩。
51.实际设置时，内圈框架1贴近于桥墩5的外周壁面设置，且对应同一个防撞系统的桥墩5可以是单个，也可以是并排间隔设置的多个，例如图1中所示的2个。需要说明的是，当桥墩5为近距离并排设置的多个时，多个桥墩5通常是在顺流向(平行于水流的方向)上间隔设置，对应于桥梁而言，即为桥梁的道路横向。此外，实际设置时，桥墩5的截面形式也可以根据实际情况各有不同，例如方形截面桥墩或者圆形截面桥墩。
52.在后续的实施例中，优选以图1中所示的方形截面双墩形式为例进行介绍。
53.具体而言，优选实施例中的内圈框架1沿环向贴设在桥墩5的外周壁面，其与桥墩5之间无连接，确保水位变化时，内圈框架1也可以相对桥墩5进行竖向浮力升降，即内圈框架1相当于“套设”在桥墩5的外侧。
54.在优选实施例中，内圈框架1包括分设于顺流向两侧的两个内弧线段102和设置在两内弧线段102之间的两内平直段101，通过两内弧线段102与两内平直段101之间的依次连
接，可以形成环向上封闭的内圈结构。同时，内圈框架1的底部浸入水面一下一定深度，且其中部优选平齐于水面，使得其水下部位和水上部位的高度近乎相同，这可根据浮力组件4的浮力设计与计算来实现，在此不做赘述。
55.更详细地，实际设置的内圈框架1由空心钢管拼接而成，其包括竖向间隔设置的多层，例如图1所示的3层，各层之间通过竖向和/或斜向连接杆进行连接。可以理解，各层框架结构均包括两个弧线钢管、两段平直段钢管，彼此依次连接，形成环向封闭的钢管结构。
56.优选地，在图1所示的内圈框架1上，还对应各层钢管分别设置有若干内横撑103，其延伸方向垂直于内平直段101的延伸方向，用于实现内圈框架1的横向约束。在优选实施例中，内横撑103为分设于各桥墩5两侧的两个，并以此实现内圈框架1在顺流向(平行于内平直段101的方向)上的限位。此外，靠近内弧线段102一侧的内横撑103与内弧线段102之间优选连接设置有若干加强筋104，如图3中所示，以确保内弧线段102受力传递的可靠性。
57.进一步优选地，在实际设置时，各内平直段101优选包括两个直线单元，即包括两对直线单元，每对直线单元可与内弧线段102预连接，形成“u型”半框架结构，待两个半框架结构在两个桥墩5的顺流向两侧分别套设后，可通过将两半框架结构的直线单元连接的方式，实现内圈框架1的对应设置。
58.进一步地，如图1～图4中所示，优选实施例中的外圈框架2的设置形式与内圈框架1的设置形式类似，其包括依次连接的两外平直段201和两外弧线段202，各段之间依次连接，形成套设于内圈框架1外周的框架结构。实际设置时，两框架之间平行设置，并在两者之间形成有一定宽度的容置空间，用于防撞组件3的设置。
59.同时，为了保证外圈框架2设置的可靠性，在其顶部设置有外横撑203，其延伸方向优选垂直于外平直段201的轴线，并跨设搭放在内圈框架1上，以此确保外圈框架2相对于内圈框架1的可靠设置，避免外圈框架2的单独沉降。优选地，在外圈框架2的底部也跨设有若干外横撑203，其横跨内圈框架1的底部，用于避免外圈框架2的单独浮升，确保两个框架之间可以在保证水平相对运动的情况下，保持竖向浮降的同步性。
60.当然，外圈框架2在实际设置时，也可如内圈框架1一般由多根空心钢管分层连接设置，并利用斜向和/或竖向的连接杆204实现各层之间的可靠连接。同时，在装配设置时，外圈框架2也可如内圈框架1一般先预连接为两个“u型”半框架结构。而且，为了保证内外两个半框架结构装配设置的可靠性，优选在两者之间设置有若干各临时固定件205，如图3中所示，其可在内外框架完成桥墩5外侧的设置后拆除。
61.进一步地，如图3、图4中所示，在内圈框架1与外圈框架2之间设置有防撞组件3，其包括在两框架之间沿环向依次设置的防撞胶囊301，上述防撞胶囊301为液压防撞胶囊，其设置形式包括但不限于如图7～图9中所示三种，能够在受撞击时通过喷射出胶囊内部水液的方式释放撞击能量，实现液压防撞功能，并在撞击消除后自动复原。
62.需要说明的是，上述三种防撞胶囊301在申请人的在先专利中已有具体介绍，在此不做赘述。而且，除了上述三种形式外，防撞胶囊301也可根据需要优选为别的形式，只要能够满足柔性消能的防撞需求即可。
63.更详细地，对应于防撞胶囊301的安装，在内圈框架1的外侧和/或外圈框架2的内侧设置有防护垫302，如图4中所示。防护垫302优选连接设置在有竖向连接杆和/或斜向连接杆的位置，确保在背离防撞胶囊301的一侧形成可靠支撑。同时，防撞胶囊301与内圈框架
1之间优选以连接件连接，保证防撞胶囊301不会与内圈框架1脱离，确保设置的可靠性。
64.在优选实施例中，防撞胶囊301夹设在两防护垫302之间，且防护垫302抵接防撞胶囊301的侧壁面优选设置为弧形壁面，以实现与防撞胶囊301外周壁面的充分接触，实现对防撞胶囊301的可靠防护，确保防护与传力的可靠性。
65.进一步地，在内圈框架1与外圈框架2之间还设置有拉簧304，其为沿环向间隔设置的多个，进一步优选设置在相邻的两防撞胶囊301之间，如图4中所示，拉簧304的两端分别固定在内外框架的管道上，对应其连接优选在在管道上设置有管箍，使得拉簧304的两端分别挂设在管箍上。同时，在自然状态下，各拉簧304分别处于预拉状态，以此实现两框架之间设置位置的有效保持，确保外圈框架2的一侧被撞击后，另一侧的拉簧304处于过张拉状态，如此，可以通过拉簧304释放一部分的撞击力，并在撞击消除后由拉簧304的回复力和防撞胶囊301的恢复力的作用下完成两框架相对位置的复原。
66.更详细地，在实际设置时，拉簧304包括水平弹簧和斜拉弹簧，分别确保内外框架水平状态和竖向状态的保持。
67.此外，在实际设置时，优选在内外框架的易撞击部位设置有阻尼件303，例如图4中所示的包覆在空心管道外周的弹性垫，用以对撞击的船只进行缓冲保护。在实际设置时，优选在贴设于桥墩5外周壁面的内横撑103和/或内平直段101上包覆设置有阻尼件303，以此一定程度上缓冲内圈框架1传递到桥墩5上的作用力。
68.如图2、图6中所示，优选实施例中的浮力组件4设置在两框架的底部或者中下部，用于浸入水中并提供支撑两框架结构的浮力。在实际设计和计算时，由于防撞胶囊301本身具备浮力，故只需重点考虑两框架及其附属部件的重力即可。
69.在优选实施例中，浮力组件4包括设置在两框架底部的第一浮力管401和穿设于两框架内的第二浮力管402，两浮力管进一步优选由高密度聚乙烯材料制成。其中，第一浮力管401优选为沿环向设置的环形管，并包括内外设置的两个，如图6中所示。同时，优选实施例中的第二浮力管402为设置在底层框架与中层框架之间的直管结构，其优选在两桥墩的顺流向两侧分别设置，进一步沿顺流向的中部对称设置，如图3中所示。
70.可以理解，当桥墩5为圆形单墩结构时，此时第二浮力管402无法设置，可仅设置若干第一浮力管401来提供系统浮力；而当桥墩为多边形或者方形单墩时，此时可在桥墩5的两侧设置弧线段，并在弧线段对应的框架区域设置第二浮力管402。
71.当然，在实际设置时，浮力组件4也可以根据需要设置为别的形式，例如设置在两框架底部的浮力箱或者浮力球，只要能够为防撞系统提供足够的浮力即可。
72.本实用新型中的适用于桥墩的柔性消能防撞系统，其结构简单，设置简便，能够实现液压防撞胶囊在桥墩外侧的可靠设置，并在环向上形成整体式的柔性消能防撞体系，实现桥墩受撞击时撞击力的快速释放和防撞系统的快速恢复，提升桥墩的保护效果，延长防撞系统的使用寿命，具有较好的实用价值和应用前景。
73.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。