专利名称：带有防护外壳的阿基米德桥的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬浮在水中的隧道，即阿基米德桥。
背景技术：
阿基米德桥自从十九世纪八十年代提出以来，作为一种新的交通概念早已经被接受，世界上有许多国家都投入巨资进行研究，并已经取得大量的科研成果，当年的科学幻想在逐渐变成现实。但是，由于阿基米德桥这一交通概念涉及领域广泛，需要解决的问题众多，因此，到目前为止世界上还未建成一座实用的阿基米德桥。建造阿基米德桥首先要解决许多工程力学问题，其中如何减弱非定常干扰力对桥的作用又是关键问题之一。过去的研究和有关专利都把阿基米德桥设计成由整体或分成数段由钢材、水泥或钢材与水泥混合构造成的近刚性体，这样的水下构件受到的非定常水动力会直接传递给固定缆索，因而缆索的受力条件非常恶劣，很容易遭到破坏，并进而威胁整个阿基米德桥的安全。
发明内容
针对已经提出的阿基米德桥所存在的问题，本发明的目的是提供一种带有防护外壳的阿基米德桥，该桥的防护外壳能够有效地对动态载荷进行缓解和吸收，从而使桥的安全性得到保障。
为实现本发明的目的，本发明阿基米德桥包括管体及其支撑结构，所述管体外设置有一外壳，该外壳的内表面与管体外表面之间留有适当间隙，外壳与管体通过若干弹性件柔性连接，所述外壳可相对管体在一定范围内活动。
进一步地，所述壳体为由金属或钢筋混凝土制成的刚性壳体，其内表面的形状与所述管体的外形相适应。
进一步地，所述壳体表面还设置有若干通孔。
进一步地，所述壳体表面的通孔沿其长度及圆周方向均布。
进一步地，所述若干个将外壳与管体柔性连接的弹性件为金属弹簧或橡胶弹簧。
进一步地，所述若干个将外壳与管体柔性连接的弹性件为气囊。
在阿基米德桥的管体外部设置防护外壳后，当有动态载荷存在时，动态外载荷首先加载到外壳上，外壳再通过弹性件传递给管体，弹性件在传递载荷的过程中将缓解动态载荷并部分吸收，尤其是在壳体上设置通孔后，当外壳在动态载荷的作用下相对管体发生运动时，外壳与管体之间的水被从壳体上的通孔挤出，这时壳体对动态载荷的缓解及吸收将更加显著，这样，通过管体最终传递到缆索上的载荷将变的非常微弱，从而使管体及其缆索得到有效保护。
图1为本发明阿基米德桥断面结构示意图；图2为图1结构左视图；图3为图1中A部放大示意图；图4为第2种弹性件实施例；图5为第3种弹性件实施例。
具体实施例方式
图1、图2所示为缆索式支撑结构阿基米德桥，该桥主要由外壳1、管体2、缆索4和弹性件7组成，缆索4将管体2锚固在水底基座5上，外壳1由金属制成，套装在管体2外面，外壳1与管体2之间通过弹性件7柔性连接和支撑。缆索4穿过外壳1上的设置的通孔，同时外壳1上还设置有共水6进出的通孔3，若干个通孔3沿外壳1的长度及圆周方向分布。
在图3所示实施例1中，弹性件7为气囊，若干个气囊设置在外壳1与管体2之间，静态下，气囊7使外壳1与管体2保持其初始平衡状态。
在图4所示实施例2中，弹性件7为橡胶弹簧。图5所示实施例3中，弹性件7为金属弹簧。实施例2及实施例3中两种弹簧的作用与实施例1中气囊的作用相同。
当水6中外壳1的周围出现波浪或涡时，有水产生的动态载荷首先施加在外壳1上，在该外力的作用下，外壳1沿外力的方向运动。外壳1相对管体2发生运动后，外壳1压迫其与管体2之间的水，受到压迫的水从相应一侧外壳1上的通孔3排出，而另一侧外部的水从通孔3被吸入外壳1与管体2之间被加大的间隙内。在外壳1压迫其间隙内的水的同时，位于同侧的弹性件7同时受到压缩，而其相对一侧的弹性件则受到拉伸。随着水的一排一吸和弹性件的一压一拉，外壳1上所受到的力中的一部分被传递到管体2上。由于在外壳1与管体2之间进行的力的传递过程中，伴随着水的一排一吸以及弹性件的一压一拉，在此水起到了很好的阻尼作用，吸收和缓解了大部分的动态载荷的能量，加上弹性件的阻尼作用，使得被传递到管体2上的力变的非常小，通过管体2再作用到缆索4上的力就更加小，已经不足以使缆索遭到破坏，从而使整个桥体的安全性得到保障。
增加弹性件7的数量，外壳1也可不设置通孔，这时仍然可以达到同样的效果。
调整外壳1上通孔3的孔径、各部的分布密度，可以有针对性地对水流的方向及其流量进行调节，从而达到控制及调整外壳1对动态载荷的阻尼效率以及外壳1向管体2传递力的方向的目的。
权利要求
1.一种带有防护外壳的阿基米德桥，包括管体及其支撑结构，其特征在于，所述管体外设置有一外壳，该外壳的内表面与管体外表面之间留有适当间隙，外壳与管体通过若干弹性件柔性连接，所述外壳可相对管体在一定范围内活动。
2.如权利要求1所述的带有防护外壳的阿基米德桥，其特征在于，所述壳体为由金属或钢筋混凝土制成的刚性壳体，其内表面的形状与所述管体的外形相适应。
3.如权利要求2所述的带有防护外壳的阿基米德桥，其特征在于，所述壳体表面还设置有若干通孔。
4.如权利要求3所述的带有防护外壳的阿基米德桥，其特征在于，所述壳体表面的通孔沿其长度及圆周方向均布。
5.如权利要求1、2、3、4其中之一所述的带有防护外壳的阿基米德桥，其特征在于，所述若干个将外壳与管体柔性连接的弹性件为金属弹簧或橡胶弹簧。
6.如权利要求1、2、3、4其中之一所述的带有防护外壳的阿基米德桥，其特征在于，所述若干个将外壳与管体柔性连接的弹性件为气囊。
全文摘要
本发明公开了一种带有防护外壳的阿基米德桥，该桥包括管体及其支撑结构，管体外设置有一外壳，该外壳的内表面与管体外表面之间留有适当间隙，外壳与管体通过若干弹性件柔性连接，外壳可相对管体在一定范围内活动。在阿基米德桥的管体外部设置防护外壳后，当有动态载荷存在时，动态外载荷首先加载到外壳上，外壳再通过弹性件传递给管体，弹性件在传递载荷的过程中将缓解动态载荷并部分吸收，尤其是在壳体上设置通孔后，当外壳在动态载荷的作用下相对管体发生运动时，外壳与管体之间的水被从壳体上的通孔挤出，这时壳体对动态载荷的缓解及吸收将更加显著，这样，通过管体最终传递到缆索上的载荷将变的非常微弱，从而使管体及其缆索得到有效保护。
文档编号E02D29/063GK1487151SQ03155848
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月25日 优先权日2003年8月25日
发明者洪友士, 李岐, 姜俊成, 董满生 申请人:中国科学院力学研究所