技术领域
[0001] 本实用新型涉及
建筑材料与结构防护技术领域，尤其涉及一种桥墩防冻胀系统。
背景技术
[0002] 在我国北方地区，
铁路、公路常跨越江河湖泊，修建
桥梁等大型构筑物成为铁路与公路建设的关键性工程。然而，矗立于江河湖泊的桥梁桩基经受交通荷载与
气候环境的交互作用，尤其是在
冰冻季节，
混凝土桥墩的受
力状况异常复杂，一方面，由于
水分的侵蚀，在受冻条件下混凝土会产生冻胀
应力和
温度应力，将使混凝土表层引发许多微裂纹，混凝土的受冻损伤和破坏是不可避免的问题，冻胀病害对混凝土桥墩的服役
质量和使用寿命产生不利影响；另一方面，如果混凝土桥墩一旦被冻住，冰的冻胀应力
挤压桥墩，致使桥墩
变形，更为严重的是，在交通的荷载的作用下，已冻住的桥墩受力状况与桥梁设计时的应力状况相差甚远，约束了桥墩形变，部分协调变形功能丧失，造成桥墩冻住部位应力集中，冰层越厚，应力集中越显著，造成桥墩弯拉破坏，冻胀应力严重危及桥上的行车安全，存在极大的安全隐患。
[0003] 为了确保冬季桥梁通行安全，常采用机械破冰、人工破冰、吹气
防冰等方法防止桥墩被冻住，国内主流媒体已有“吹冰人”相关报道，工作人员作业环境非常恶劣，工作内容异常艰辛，危险时人身安全难以保障，可见，提出一种新型的桥墩防冻处治及冻胀应力防冻胀系统，解决冬季桥墩被冻住的技术难题，确保冬季车辆通行安全，具有重要的现实意义和工程价值。实用新型内容
[0004] 针对冬季桥墩被冻住的技术难题，本实用新型的目的在于提供一种桥墩防冻胀系统，能够避免水分的侵蚀引起的桥墩的受冻损伤和破坏，有效缓解桥墩冻胀应力，进而避免桥墩在交通
载荷作用下产生的应力集中，大大提高跨江桥梁上的行车安全；同时，大幅度降低桥墩防冻养护成本；此外，能够实现对桥墩柱冻胀情况的实时监控，可避免桥墩扭曲、
断裂带来的安全事故，还能够通过历史数据对桥墩的服役寿命作出预判，提高交通
基础设施运营的安全性和经济性。
[0005] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决。
[0006] (一)一种桥墩防冻胀系统，包括桥墩和保护壳，所述保护壳设置于所述桥墩的外围，所述保护壳的下端位于桥墩与河谷谷底的交界处，所述保护壳的上端高出河面；所述桥墩与保护壳之间填充有弹性垫，所述弹性垫与桥墩之间纵向设置有多个冻胀应力监控层。
[0007] 另外，本实用新型提供的桥墩防冻胀系统还可以具有以下附加技术特征：
[0008] 优选的，所述保护壳由相互匹配的左半壳和右半壳组成，所述左半壳与右半壳的一个连接端铰接，另一个连接端通过
紧固件固定连接。
[0009] 进一步优选的，所述紧固件包含螺杆和滑槽，所述滑槽横向设置于所述右半壳的固接端；所述左半壳的固接端设置具有内
螺纹的通孔，所述螺杆穿过滑槽和通孔，并通过紧固
螺母在所述右半壳的外侧固定。
[0010] 优选的，所述保护壳与所述桥墩的外壁形状相同。
[0011] 优选的，所述保护壳的材质为奥氏体不锈
钢。
[0013] 优选的，所述左半壳与右半壳的外
侧壁分别对应设置有安装筋。
[0014] 优选的，每个所述冻胀应力监控层包含压力
传感器、
数据采集仪和远程
监控系统，所述
压力传感器镶嵌于所述弹性垫的贴近桥墩的侧面上；所述压力传感器的探测端与桥墩侧壁
接触，所述压力传感器的
信号输出端与数据采集仪的信号输入端电连接，所述数据采集仪的信号输出端与所述远程监控系统的数据信号输入端电连接。
[0015] 进一步优选的，所述压力传感器沿所述桥墩周向对称设置。
[0016] 优选的，还包括照明部件和摄像机，所述照明部件用于在夜间照明桥墩附近的河面，辅助摄像机的夜间拍摄；所述摄像机的摄像头朝向所述桥墩周围的河面，所述摄像机的信号输出端与远程监控系统的图像信号输入端连接。
[0017] 与
现有技术对比，本实用新型的有益效果为：
[0018] (1)本实用新型通过在桥墩外围设置保护壳和弹性垫，防止水分对桥墩的侵蚀破坏，从而大幅度缓解来自江河湖泊冰体中冻胀应力，并通过弹性垫的变形协调功能大幅度缓解冰体中桥墩周围的冻胀应力，减少冰体对桥墩的约束，降低桥墩冻住部位的应力集中，消除桥墩因冻胀应力产生的安全隐患。
[0019] (2)本实用新型采用硅橡胶与混凝土桥墩的紧密贴合，硅橡胶在低温下仍具有良好柔性，能够防止水分渗入桥墩，消除受冻条件下混凝土内部产生的冻胀应力和温度应力，防止桥墩混凝土表层的冻融循环破坏，提升了桥墩的服役质量，延长其使用寿命。
[0020] (3)本实用新型通过保护壳的结构设计，使
不锈钢外壳和硅橡胶垫可拆卸，并可重复使用，大幅度降低了桥墩防冻养护成本，尤其是减少养护人力成本，改善了破冰工作者的工作环境。
[0021] (4)本实用新型通过不锈钢保护壳使硅橡胶内的压力传感器的检测环境更加稳定，提高了压力传感器的检测准确性，使本实用新型的监控数据不受江河中水流的影响，能够及时准确的对桥墩的安全性进行评估与预警，具有重要的现实意义和工程价值。
[0022] (5)本实用新型能够将河水结冰对桥墩产生的冻胀应力进行实时监控，并通过远程监控系统对桥墩所受冻胀应力进行实时监控，根据冻胀应力情况和通行荷载情况，进行桥梁结构力学计算，及时对桥墩的安全性进行评估与预警，避免桥墩突然破坏引起的安全事故的发生。
附图说明
[0023] 下面结合附图和具体
实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0024] 图1是本实用新型的桥墩防冻胀系统的结构示意图。
[0025] 图2是本实用新型的桥墩防冻胀系统的俯视结构示意图。
[0026] 图3是本实用新型中左半壳与右半壳连接结构示意图。
[0027] 以上图中：1桥墩；2保护壳；21左半壳；22右半壳；23安装筋；3紧固件；31滑槽；32
螺栓；4弹性垫；5压力传感器；6数据采集仪；7远程监控系统；8照明部件；9摄像机。
具体实施方式
[0028] 参考图1，本实用新型的一种桥墩防冻胀系统，包括桥墩1和保护壳2，保护壳2设置于桥墩1的外围，保护壳2的下端位于桥墩1与河底的交界处，保护壳2的上端高出河面；桥墩1与保护壳2之间填充有弹性垫4，弹性垫4与桥墩1之间纵向设置有多个冻胀应力监控层。
[0029] 在以上实施例中，保护壳2可以根据桥墩1位于河面以下部分的高度分为多节，每节保护壳2的高度一般为1～2米，可多节联合使用。保护壳2位于桥墩1的外围避免了江河湖泊中的沙石等对桥墩1的直接冲蚀，能够延长桥墩1使用寿命；保护壳2的下端位于桥墩1与河谷谷底的交界处，保护壳2的上端高出河面；桥墩1与保护壳2之间填充有弹性垫4，使桥墩1与水分接触的
位置都能够受到保护壳2与弹性垫4的保护作用，避免水分与桥墩1直接接触，进而避免了寒冷季节水分冻结成冰引起的桥墩1的受冻损伤和破坏，有效缓解桥墩1冻胀应力，进而避免桥墩1在交通载荷下产生的应力集中，大大提高跨江桥梁上的行车安全。
弹性垫4与桥墩1之间纵向设置有多个冻胀应力监控层，实现了桥墩1不同高度的冻胀应力变化的实时监控，避免了人工监控的滞后性，同时可改善破冰人的工作强度和工作环境。本实用新型的桥墩防冻胀系统，还具有以下附加实施例：
[0030] 参考图1和图2，根据本实用新型的一个实施例，保护壳2由相互匹配的左半壳21和右半壳22组成，左半壳21与右半壳22的一个连接端铰接，另一个连接端通过紧固件3固定连接。
[0031] 在以上实施例中，保护壳2由相互匹配的左半壳21和右半壳22组成，便于保护壳2的安装与拆卸，左半壳21与右半壳22的一个连接端铰接，另一个连接端通过紧固件3固定连接，使左半壳21与右半壳22一端可转动连接，以调节保护壳2的大小，另一端用于固定保护壳2的位置，使保护壳2相对于桥墩1可进行适量的调节，能够保证在桥墩1发生微量变形时，保护壳2仍然适用。
[0032] 参考图2和图3，根据本实用新型的一个实施例，紧固件3包含螺杆32和滑槽31，滑槽31横向设置于右半壳22的固接端；左半壳21的固接端设置具有
内螺纹的通孔，螺杆32穿过滑槽31和通孔，并通过紧固螺母在右半壳22的外侧固定。
[0033] 在以上实施例中，在保护壳2安装过程中，将螺杆32依次穿过右半壳22的滑槽31和左半壳21的通孔，再通过螺杆32沿左半壳21上的通孔内螺纹拧紧，并通过紧固螺母在右半壳22的外侧拧紧，实现左半壳21与右半壳22的固定连接；通过移动左半壳22来使通孔对准滑槽的不同位置，实现保护壳2周向大小的微调，操作便捷便于安装和拆卸。
[0034] 参考图1和图2，根据本实用新型的一个实施例，保护壳2与桥墩1的外壁形状相同。
[0035] 在以上实施例中，使保护壳2与桥墩1之间弹性垫4的内侧与外侧的形状匹配，进而使弹性垫4能够更好的与混凝土桥墩1紧密贴合，防止水分渗入桥墩1。
[0036] 参考图1和图2，根据本实用新型的一个实施例，保护壳2的材质为奥氏体不锈钢。
[0037] 在以上实施例中，奥氏体不锈钢保护壳2具有良好的韧性和变形协调功能，使保护壳2能够更好的适应于冬季冰冻季节使用。
[0038] 参考图1和图2，根据本实用新型的一个实施例，弹性垫4为硅橡胶垫。
[0039] 在以上实施例中，硅橡胶垫在低温下(-20℃以下)仍具有良好柔性，能够在低温下实现与桥墩1外壁的良好贴合，又具有良好的密封效果，可有效防止水分渗入桥墩1，消除受冻条件下混凝土内部产生的冻胀应力和温度应力。
[0040] 参考图1，根据本实用新型的一个实施例，左半壳21与右半壳22的外侧壁上分别对应设置有安装筋23。
[0041] 在以上实施例中，在左半壳21与右半壳22的外表层周向
焊接不锈钢安装筋23
型材，起到稳固壳体和吊装作用。
[0042] 参考图1，根据本实用新型的一个实施例，每个冻胀应力监控层包含压力传感器5、数据采集仪6和远程监控系统7，压力传感器5镶嵌于弹性垫4的贴近桥墩1的侧面上；压力传感器5的探测端与桥墩1侧壁接触，压力传感器5的信号输出端与数据采集仪6的信号输入端电连接，数据采集仪6的信号输出端与远程监控系统7的数据信号输入端电连接。
[0043] 在以上实施例中，压力传感器5镶嵌于弹性垫4的贴近桥墩1的侧面，用于获取桥墩1的冻胀应力，并通过数据采集仪6将冻胀应力数据提取出来输送给远程监控系统7，基于移动互联网通信技术，将应力数据上传至移动互联网
服务器，通过远程监控系统7控制终端即可浏览、存储或下载应力数据，监控冻胀应力状况，根据冻胀应力情况和通行荷载情况，进行桥梁结构力学计算，判断桥墩1桩基、桥梁的安全性。此外，本实用新型可以通过保护壳2使硅橡胶内的压力传感器5的检测环境更加稳定，提高了压力传感器5的检测准确性，使本实用新型的监控数据不受江河中水流的影响，能够及时准确的对桥墩1的安全性进行评估与预警，具有重要的现实意义和工程价值。
[0044] 参考图2，根据本实用新型的一个实施例，压力传感器5沿桥墩1周向对称设置。
[0045] 在以上实施例中，压力传感器5沿桥墩1周向对称设置，能够均匀的获取每个冻胀应力监控层沿桥墩1周向的冻胀应力，从而准确的评估每个冻胀应力监控层的冻胀应力，进而指导桥墩1的安全性评估。
[0046] 参考图1，根据本实用新型的一个实施例，还包括照明部件8和摄像机9，照明部件8用于在夜间照明桥墩1附近的河面，辅助摄像机9的夜间拍摄；摄像机9的摄像头朝向桥墩1周围的河面，摄像机9的信号输出端与远程监控系统7的图像信号输入端电连接。
[0047] 在以上实施例中，摄像机9将获取的图像信息传输给远程监控系统7，通过远程监控系统7即可实时观测桥墩1周围水域的冻结状况。照明部件8为照明灯用于配合视频机，获取清晰的图像信息，保障桥墩1周围水域的24小时监控。
[0048] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型
权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
