水运桥浮式独立防撞转动耗能装置 |
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| 申请号 | CN202310729924.4 | 申请日 | 2023-06-20 | 公开(公告)号 | CN117904955A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 暨南大学; | 发明人 | 匡友弟; 严梧槐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了 水 运桥浮式独立防撞转动耗能装置，包括旋转耗能卸 力 机构、立柱、承台和桩体，旋转耗能卸力机构为若干个旋转防护单元拼装成的同心圆式套筒结构，旋转防护单元由外圆弧板、内圆弧板和一对侧板围合而成，外圆弧板的外表面和内圆弧板的内表面设置有若干条阻尼耗能 块 ，旋转防护单元内固定有非对称式 桁架结构 ，非对称式桁架结构的横向 支撑 板的旋向相同。该装置单独设置于桥墩的外侧，即使整个装置发生撞击破坏也不会对桥墩造成任何影响；装置内设置有非对称式桁架结构，该桁架结构即可增加整个装置的 刚度 以防止撞击后发生破坏，又可利用非对称性以将撞击力转 化成 整个装置转动的扭力，实现整个装置的旋转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.水运桥浮式独立防撞转动耗能装置，其特征在于，包括旋转耗能卸力机构、立柱、承台和桩体，若干桩体固定于承台底部，立柱固定于承台顶部，所述旋转耗能卸力机构套设于立柱上，立柱的顶部固定有防脱板，所述旋转耗能卸力机构为若干个旋转防护单元拼装成的同心圆式套筒结构，所述旋转防护单元由外圆弧板、内圆弧板和一对侧板围合而成，所述外圆弧板的外表面和内圆弧板的内表面设置有若干条阻尼耗能块，所述旋转防护单元内固定有非对称式桁架结构，所述非对称式桁架结构包括横向支撑板、若干个纵向主承力板和若干个纵向次承力板，纵向主承力板和纵向次承力板垂直设置于横向支撑板的两侧，所述横向支撑板倾斜设置于旋转防护单元中且不能被旋转防护单元的对称轴等分，若干个旋转防护单元的横向支撑板的旋向相同。 |
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| 说明书全文 | 水运桥浮式独立防撞转动耗能装置技术领域背景技术[0002] 桥墩是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的结构，对于跨江或跨海桥梁，需要考虑设置防撞设施，保护桥墩免受撞击破坏，进而避免桥墩破坏而导致的桥梁上部结构倒塌，防撞设施设置在桥墩外围的同时，还需要在防撞设施与桥墩之间设置连接装置。 [0003] 现有技术中，对于桥墩防撞的措施一般都是在桥墩上安装弹簧或缓冲装置，利用弹簧减震原理，使船只撞击桥墩时，利用弹簧吸收冲击力，减少事故的发生，利用此种防撞装置虽可减少事故发生，但都是针对船只与桥墩形成撞击时采取的补救措施，而当船只夜间航行、载重量较大、速度过快时，仍存在较大安全隐患，不能提前预警、监测和积极有效地物理防撞，从而对桥墩起到全方位的保护作用，延长桥墩的使用寿命。 [0004] 申请号为201810562574.6的发明专利公开了一种桥梁桥墩防撞结构，包括柱状桥墩、套设在柱状桥墩外部的套筒，所述套筒的筒壁包括一体成型的外层构件和内层构件，所述柱状桥墩的外壁上设有滚轮，所述内层构件与滚轮接触，所述套筒可绕柱状桥墩的中轴线转动。如上设计，使得船只与桥墩发生撞击时，套筒转动，从而船只的撞击会对桥墩形成一个导向倾斜角，从而有效避免了船只与桥墩的直接冲撞，也有效加强了套筒承受的撞击力度，且对因失控导致与桥墩发生撞击的船只也能起到很好的缓冲作用。 [0005] 上述装置利用套筒的转动以卸去船只对桥墩的直接撞击力，从而防止桥墩受到破坏。然而上述装置存在以下问题：1、上述装置需要套设在桥墩上，在大吨位、高航速船只的撞击下，部分撞击力仍然通过套筒传递至桥墩上，该防护方式仍然存在一定的破坏风险；2、由于套筒为轴对称的圆筒形结构，在船只沿套筒的对称轴正向撞击时，圆筒内壁上的滚轮会在船只巨大的压力下被静止按压于桥墩上，导致套筒无法转动，进而无法卸去撞击力；3、套筒利用滚轮的转动来达到整个结构转动的目的，这种转动方式极不可靠，因为滚轮的滚轴极易在巨大的撞击力下发生剪切断裂，同时滚轮也极易变形，一旦滚轮卡在桥墩内套筒之间，则整个防护结构将失去防护效能。 发明内容[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了水运桥浮式独立防撞转动耗能装置，该装置单独设置于桥墩的外侧，即使整个装置发生撞击破坏也不会对桥墩造成任何影响；同时该装置设置有内、外双层阻尼耗能构件，对于船只的撞击能量耗散效果更好，且装置内设置有非对称式桁架结构，该桁架结构即可增加整个装置的刚度以防止撞击后发生破坏，又可利用非对称性以将撞击力转化成整个装置转动的扭力，实现整个装置的旋转，达到改变船只方向、卸去撞击力的目的；该装置由多个防护单元拼装而成，在单个防护单元破坏后，可快速拆卸和更换。 [0007] 为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：水运桥浮式独立防撞转动耗能装置，包括旋转耗能卸力机构、立柱、承台和桩体，若干桩体固定于承台底部，立柱固定于承台顶部，所述旋转耗能卸力机构套设于立柱上，立柱的顶部固定有防脱板，所述旋转耗能卸力机构为若干个旋转防护单元拼装成的同心圆式套筒结构，所述旋转防护单元由外圆弧板、内圆弧板和一对侧板围合而成，所述外圆弧板的外表面和内圆弧板的内表面设置有若干条阻尼耗能块，所述旋转防护单元内固定有非对称式桁架结构，所述非对称式桁架结构包括横向支撑板、若干个纵向主承力板和若干个纵向次承力板，纵向主承力板和纵向次承力板垂直设置于横向支撑板的两侧，所述横向支撑板倾斜设置于旋转防护单元中且不能被旋转防护单元的对称轴等分，若干个旋转防护单元的横向支撑板的旋向相同。 [0008] 进一步的，所述横向支撑板的一端固定于侧板上且另一端固定于外圆弧板的内壁上，若干所述纵向主承力板的另一端固定于外圆弧板的内壁上，若干个纵向次承力板等间距设置，部分纵向次承力板的另一端固定于内圆弧板的内壁上，剩余部分的纵向次承力板的另一端固定于侧板上。 [0009] 进一步的，为了增强旋转卸力机构的整体刚度，还可在相邻的纵向主承力板之间以及相邻的纵向次承力板之间增加斜向支撑板。 [0010] 进一步的，所述旋转耗能卸力机构由3个旋转防护单元拼装而成，每个旋转防护单元所对应的圆心角均为120°，3个旋转防护单元的横向支撑板的旋向相同。 [0011] 进一步的，所述旋转防护单元的侧板之间通过螺栓连接。 [0013] 进一步的，所述阻尼耗能块采用高弹性橡胶材料制成。 [0014] 本发明的有益效果如下：该装置单独设置于桥墩的外侧，即使整个装置发生撞击破坏也不会对桥墩造成任何影响；同时该装置设置有内、外双层阻尼耗能构件，对于船只的撞击能量耗散效果更好，且装置内设置有非对称式桁架结构，该桁架结构即可增加整个装置的刚度以防止撞击后发生破坏，又可利用非对称性以将撞击力转化成整个装置转动的扭力，实现整个装置的旋转，达到改变船只方向、卸去撞击力的目的；该装置由多个防护单元拼装而成，在单个防护单元破坏后，可快速拆卸和更换。附图说明 [0015] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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的附图。 [0016] 图1是水运桥浮式独立防撞转动耗能装置的装配结构示意图；图2是旋转耗能卸力机构的俯视平面结构示意图； 图3是旋转耗能卸力机构的拆分结构示意图。 [0017] 图4是水运桥浮式独立防撞转动耗能装置的不同工况下受力分析图（图4a为水运桥浮式独立防撞转动耗能装置在船只侧面切向撞击下的受力图；图4b为水运桥浮式独立防撞转动耗能装置在船只底部撞击下的受力图；图4c为水运桥浮式独立防撞转动耗能装置在船只侧面正向撞击下的受力图）。 [0018] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：1‑旋转耗能卸力机构，2‑立柱，3‑承台，4‑防脱板，5‑旋转防护单元，6‑外层耗能块，7‑内层耗能块，8‑非对称式桁架结构，51‑外圆弧板，52‑内圆弧板，53‑侧板，81‑横向支撑板，82‑纵向主承力板，83‑纵向次承力板。 具体实施方式[0019] 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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0020] 如图1所示，水运桥浮式独立防撞转动耗能装置，包括旋转耗能卸力机构1、立柱2、承台3和桩体，若干桩体固定于承台底部，立柱固定于承台顶部，所述旋转耗能卸力机构套设于立柱上，立柱的顶部固定有防脱板4，防脱板4可防止旋转耗能卸力机构1随水位沉浮时从立柱顶部脱出。旋转耗能卸力机构1为若干个旋转防护单元5拼装成的同心圆式套筒结构，所述旋转防护单元5为外圆弧板51、内圆弧板52和一对侧板53围合而成的中空结构，所述外圆弧板51的外表面设置有若干外层阻尼耗能块6，内圆弧板的内表面设置有若干内层阻尼耗能块7，外层耗能块和内层耗能块组成两级耗能结构，外层耗能块用以耗散船只对旋转防护单元5的撞击能量，而内层耗能块用以耗散旋转防护单元5对立柱2的撞击能量，避免或减轻撞击能量对立柱的损坏。 [0021] 所述旋转防护单元5内固定有非对称式桁架结构8，所述非对称式桁架结构包括横向支撑板81、若干个纵向主承力板82和若干个纵向次承力板83，纵向主承力板和纵向次承力板垂直设置于横向支撑板的两侧，所述横向支撑板倾斜设置于旋转防护单元中且不能被旋转防护单元的对称轴等分，若干个旋转防护单元的横向支撑板的旋向相同。 [0022] 所述横向支撑板81的一端固定于侧板53上且另一端固定于外圆弧板51的内壁上，若干所述纵向主承力板82的另一端固定于外圆弧板的内壁上，若干个纵向次承力板83等间距设置，部分纵向次承力板的另一端固定于内圆弧板的内壁上，剩余部分的纵向次承力板的另一端固定于侧板上。 [0023] 如图2‑3，所述旋转耗能卸力机构5由3个旋转防护单元拼装而成，每个旋转防护单元所对应的圆心角均为120°，3个旋转防护单元的横向支撑板的旋向相同。 [0024] 所述旋转防护单元5的侧板之间通过高强度的抗拉螺栓连接。 [0025] 所述外圆弧板51、内圆弧板52和侧板53为钢材质且表面喷涂有防锈漆面。 [0026] 本实施例中，外层阻尼耗能块6和内层阻尼耗能块7采用高弹性橡胶材料制成。 [0027] 本装置的一个具体的应用为：正常情况下，船只失控后的撞击角度为切向撞击（如图4a所示）和以一定的倾斜角度撞击至外侧的旋转防护单元上，由于撞击力并不是沿旋转耗能卸力机构的中轴线，在此种情况下，船只的偏心撞击力将很容易让旋转耗能卸力机构发生转动，而在船只撞击后，旋转防护单元5外表面的外层阻尼耗能块6将通过自身形变来耗散撞击能量，此种撞击为大多数常见情况下的撞击，并不会对整个装置的结构发生破坏。在一些极端情况下，船只将从下游方向和垂直航道方向正向撞击旋转耗能卸力机构1，此时装置的外层阻尼耗能块6将首先发生形变以耗散部分撞击能力，而仍有部分能量通过外圆弧板51和纵向主承力板82传递至横向支撑板81上，而横向支撑板81将撞击力分散至各个纵向次承力板83上，而由横向支撑板81、纵向主承力板82和纵向次承力板83组成的非对称式桁架结构并不是对称结构，且在旋转防护单元5的内部呈一定旋向设置，非对称式桁架结构可将正向撞击力分散成偏心的扭转力，从而推动侧板和内圆弧板，使得旋转防护单元5发生转动，进而带动整个装置发生转动，装置在转动时将会对船头进行拨动，使得船只回归到正常航道中，而整个装置在次撞击下，撞击力将会对非对称式桁架结构产生影响，在旋转防护单元5撞击破坏后可对该旋转防护单元5进行拆卸更换即可，无需对整个装置进行更换，维修、更换更容易实现且降低了桥墩维护的成本。 [0028] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |
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