一种桥梁拉索的水力抗火装置及方法 |
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| 申请号 | CN202410144734.0 | 申请日 | 2024-02-01 | 公开(公告)号 | CN117904965A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 郑州大学; | 发明人 | 魏建东; 杨逸飞; 梁九仑; 成书普; 张天航; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 桥梁 拉索的 水 力 抗火装置及方法，针对 现有技术 中桥梁拉索的防火效果仍须改善的问题。该发明含有位于拉索附近的射水装置和多个沿拉索相连的抗火单元；抗火单元环绕在拉索的外表面，含有彼此扣接的上半管和下半管，下半管与拉索间有间隙；上半管设有多个透水孔和绕流孔，下半管设有多个透水孔；透水孔连通抗火单元的内表面和外表面；绕流孔环向设置在上半管内，与上半管内的多个透水孔相连通。绕流孔位于上半管外表面的开口大，位于上半管内侧面的尾端小，呈喇叭状。该技术的下半管通过多种材料的组合，实现主动防火，实现对拉索的初步保护。抗火单元可以标准化制作，重量轻，上半管和下半管连接方便，便于在紧急状态下单人操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桥梁拉索的水力抗火装置，其特征在于：含有位于拉索附近的射水装置和多个沿拉索相连的抗火单元；抗火单元环绕在拉索的外表面，含有彼此扣接的上半管和下半管，下半管与拉索间有间隙；上半管设有多个透水孔和绕流孔，下半管设有多个透水孔；透水孔连通抗火单元的内表面和外表面；绕流孔环向设置在上半管内，与上半管内的多个透水孔相连通。 |
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| 说明书全文 | 一种桥梁拉索的水力抗火装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及桥梁缆索防火技术领域，特别是涉及一种桥梁拉索的水力抗火装置及方法。 背景技术[0002] 随着交通的发展和科技的进步，斜拉桥和悬索桥的结构形式在跨越河流和沟谷时发挥了重要作用。斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系,充分利用了材料和力学原理，实现了更高效的跨越解决方案。即主要由索塔、主梁、斜拉索组成，其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。这种设计降低了梁体内部的弯矩，减小了建筑高度，减轻了结构重量，并节省了材料。桥梁缆索对桥梁起到了支撑和加固的作用，是索类桥梁最关键的受力构件之一。 [0003] 桥梁上行驶的油罐车、客车、轿车等，容易引起火灾。火灾发生后的高温将对整个桥梁结构尤其是其上的拉索造成极大的破坏。特别是油罐车发生火灾时其燃烧速度快，火焰温度高，辐射力强，火焰中心的温度可达1400℃，一方面导致拉索钢丝的弹性模量和强度大幅度下降，另一方面使得拉索的内部应力出现重分布，进而在火灾中更加容易被拉断，若没有及时采取救援措施，致使火灾温度持续升高，斜拉桥将会发生局部或者整体的破坏。工程实践表明，钢材虽有良好的力学性能与使用前景，但是其耐火性能较差，一般缆索受热温度低于300℃时，其抗拉强度才不会受温度产生明显影响。400℃高温下，钢材力学性能将迅速下降，600℃高温下，钢材的弹性模量将下降到常温下的一半。以钢结构为主要受力构件的桥梁在火灾下很容易产生变形甚至坍塌。桥梁缆索受热至一定温度后强度和硬度大幅度衰减，塑性明显增大，造成揽索变形，甚至造成桥体垮塌，桥梁缆索一旦失效破坏将会引发多重灾难，造成非常惨重的安全事故和经济损失。 [0004] 从大桥通行车辆发生火灾到消防人员赶至现场至少需要10min以上的时间，因此有必要对缆索进行防火保护。现有拉索防护致力于防腐、震动等方面，或者只对拉索的结构做简单的改变，如中国专利CN207259963U公开了一种防火拉索，包括拉索、内衬套、防火层和外衬套，在其内衬套与外衬套间设有防火层；所述防火层是填充型防火材料或防火涂料中的一种，该拉索仅具有被动防火功能，当发生重大火灾时防护效力有限，当发生在偏远地区或者灭火不及时，可能造成重大生命财产损失。鉴于此，需要设计一种用于已建桥梁拉索保护的防火护套，对桥梁拉索进行主动和被动的防火保护，降低突发火灾对桥梁拉索引起的损害。 发明内容[0005] 本发明针对现有技术中桥梁拉索的防火效果仍须改善的问题，提供一种结构合理、防火效果好、可靠性高的桥梁拉索的水力抗火装置及方法。 [0006] 本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的桥梁拉索的水力抗火装置：含有位于拉索附近的射水装置和多个沿拉索相连的抗火单元；抗火单元环绕在拉索的外表面，含有彼此扣接的上半管和下半管，下半管与拉索间有间隙；上半管设有多个透水孔和绕流孔，下半管设有多个透水孔；透水孔连通抗火单元的内表面和外表面；绕流孔环向设置在上半管内，与上半管内的多个透水孔相连通。 [0007] 优选地，所述射水装置含有射水枪、支撑架，调节阀和导向曲杆，其中射水枪中部铰接在支撑架上，支撑架和射水枪之间设有弧形导向曲杆，弧形导向曲杆的一端固定连接在支撑架上；射水枪的出水端套接在弧形导向曲杆上的滑道内，射水枪通过调节阀和管道连接位于桥面上方塔柱内的蓄水箱。 [0008] 优选地，所述上半管和下半管彼此连接处的相对面上设有多个相对应的凸起和凹槽。 [0009] 优选地，所述上半管的材质为阻燃塑料。 [0012] 优选地，所述绕流孔位于上半管外表面的开口大，位于上半管内侧面的尾端小，呈喇叭状。 [0013] 优选地，所述开口位于上半管的横向的顶部，或位于与绕流孔的尾端所在侧相对的另一侧。 [0014] 优选地，相邻绕流孔的开口朝向不同；或尾端位于同一侧的相邻的两个绕流孔为一组，相邻组的开口朝向不同。 [0015] 一种使用上述桥梁拉索的水力抗火装置的方法，含有以下操作步骤， [0016] 步骤1、斜拉桥的每个拉索上安装有数个抗火单元，同时作为拉索的防撞结构；每根拉索附近均有用于该拉索抗火用的支撑架；桥面上已散布有数个射水枪，射水枪已安装在支撑架上；塔柱内的蓄水箱内已有预定的水量； [0017] 步骤2、桥面上发生火灾时，人员到达需要抗火的拉索附近；若靠近该拉索的支撑架上没有安装射水枪，则把附近的射水枪取下，安装到靠近该拉索的支撑架上，并连接射水枪的接水管； [0018] 步骤3、将邻近的拉索上的抗火单元拆下；将需要抗火的拉索上已有的抗火单元沿着拉索向上推，将刚拆下来的上半管和下半管扣接在需要抗火的拉索上，保持下半管在拉索下方；用同样方法安装下一个抗火单元；直到需要抗火的拉索上最上方的抗火单元被推到目标高度，隔离火焰和拉索； [0019] 步骤4、用射水枪从桥面向处于火灾范围的抗火单元喷水；水经过透水孔和绕流孔流过上半管，流向拉索上表面，并流到拉索下表面；操作者根据火势的大小调整水枪的阀门，绕流孔的容量和透水孔的直径是相配合的，保证水流速度适中且不间断地流过上半管；水流经过拉索的上环面，流向拉索的下环面，最后汇集到下半管内环面上，再从其上的透水孔流出；流出的水流一部分蒸发掉，一部分沿着下半管的外表面从高到低向下流； [0020] 步骤5、操作者转动射水枪，保证火灾范围内的抗火单元均被浇注到，使火灾范围内的拉索段均得到保护； [0021] 步骤6、在以上对拉索进行抗火保护的过程中，其它人员利用靠近燃火点的其它支撑架，用其它射水枪对火源喷水，控制火势； [0022] 步骤7、大火熄灭后，关闭射水枪的阀门；将刚安装到需要抗火的拉索上的抗火单元拆下，并安装回其原先所在的拉索上。 [0023] 与现有技术相比，本发明桥梁拉索的水力抗火装置及方法具有以下优点： [0024] 1、抗火单元的下半管通过多种材料的组合，实现主动防火，实现对拉索的初步保护。 [0025] 2、通过射水装置将水浇注在抗火单元上后，抗火单元的上半管将水引入拉索的上侧面；特别是绕流孔可以将从拉索一侧浇注的水引到拉索的另一侧，仍能保证拉索的两侧均有水流入，实现无论从哪侧浇注，均能对拉索起到全方位的保护。 [0027] 4、透水孔的直径小于绕流孔，绕流孔的空腔体积相对透水孔较大，则保证透水孔内可储存部分水，水流持续地通过上半管，持续的水流经过拉索的上环面，流向拉索的下环面，最后汇集到下半管内环面，最终从其上的透水孔内流出，并沿着下半管的外表面从高到低流下，冷却水一部分蒸发掉，一部分从经过抗火单元后流向地面，实现冷却水在防火单元内部较好地循环。 [0028] 5、水力抗火装置的抗火单元可以标准化制作，重量轻，上半管和下半管连接方便，便于在紧急状态下单人操作。 [0029] 6、抗火单元平时安装在各个拉索上，可起到保护拉索防车撞的作用。 [0031] 图1是本发明的使用场景示意图； [0032] 图2是图1中标号A部分的放大结构示意图； [0033] 图3是本发明中射水装置的结构示意图； [0034] 图4是本发明中抗火单元上半管的横断面示意图； [0035] 图5是本本发明中抗火单元上半管的立体结构示意图； [0036] 图6是本发明中抗火单元实施例一中上半管外侧的展开结构示意图； [0037] 图7是本发明中抗火单元实施例二中抗火单元上半管外侧的展开结构示意图； [0038] 图8是本发明中抗火单元实施例三中上半管的剖视结构示意图之一； [0039] 图9是本发明中抗火单元实施例三中上半管的剖视结构示意图之二； [0040] 图10是本发明中抗火单元实施例四中上半管的剖视结构示意图之一； [0041] 图11是本发明中抗火单元实施例四中上半管的剖视结构示意图之二； [0042] 图12是本发明中抗火单元下半管的剖视结构示意图； [0043] 图13是本发明中抗火单元下半管的立体结构示意图； [0044] 图14是图13中标号B部分的放大结构示意图。 [0045] 附图说明中标号1是管道，2是桥面，3是拉索，4是射水装置，5是抗火单元。 [0046] 4‑1是支撑架，4‑2是弧形导向曲杆，4‑3是滑道，4‑4是射水枪，4‑5是调节阀；5‑1是下半管，5‑2是凹槽，5‑2’是凸起，5‑3是透水孔，5‑4是绕流孔，5‑5是下半管；5‑5‑1是玄武岩纤维层，5‑5‑2是防火棉层，5‑5‑3是阻燃塑料层。 具体实施方式[0047] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本申请中的方位词为工程中习惯的理解，不能严格地按数学上的精确要求理解，比如“环向”，并非刚好与轴线垂直，而是可以有工程中容许偏差。 [0048] 下面结合附图和具体实施方式对本发明桥梁拉索的水力抗火装置及方法作进一步说明：本实施例广泛适用于跨度较小的河谷，使用独柱墩类型的桥梁场合中，因为其存在桥面2上着火的车辆会烧到其拉索3的缺点。如图所示，本实施例中含有位于拉索3附近的射水装置4和多个沿拉索3相连的抗火单元5；抗火单元5环绕在拉索3的外表面，含有彼此扣接的上半管5‑1和下半管5‑4，下半管5‑4与拉索3间有间隙；上半管5‑1设有多个透水孔5‑3和绕流孔5‑4，下半管5‑4设有多个透水孔5‑3；透水孔5‑3连通抗火单元5的内表面和外表面；绕流孔5‑4环向设置在上半管5‑1内，与上半管5‑1内的多个透水孔5‑3相连通。 [0049] 拉索3附近的射水装置4能够将一定压力的水沿着拉索3的上侧面实现扫射，水流在惯性作用下淋湿各个抗火单元5上半管5‑1的外表面，水流在惯性和重力作用下也会冲入多个沿拉索3相连的抗火单元5内，从其上半管5‑1上的绕流孔5‑4外侧的进水口内进入其内，在其内继续向前行进，由于行进的路线不是直线，因此很容易有一部分水流会从与绕流孔5‑4相连通的多个透水孔5‑3内流出，增大了其内部和水的接触面积，从而实现上半管5‑1内侧的全面冷却。其中进水口的位置均匀分散在上半管5‑1的外表面，保证水流从各个方向都能注入其内。 [0050] 射水装置4含有射水枪4‑4、支撑架4‑1，调节阀4‑5和导向曲杆，其中射水枪4‑4中部铰接在支撑架4‑1上，支撑架4‑1和射水枪4‑4之间设有弧形导向曲杆4‑2，支撑架4‑1与弧形导向曲杆4‑2的一端固定连接；射水枪4‑4的出水端套接在弧形导向曲杆4‑2上的滑道4‑3内，射水枪4‑4通过调节阀4‑5和管道1连接位于桥面2上方塔柱内的蓄水箱。 [0051] 射水装置4位于拉索3上半管5‑1的前侧，通过阀门控制射水枪4‑4的水流大小，使其前端在导向曲杆的滑道4‑3内上下移动，导向曲杆的滑道4‑3和拉索3平行且位于同一平面上，这样便于将水流上下扫射在拉索3上半管5‑1的前侧，降低水的额外抛洒量。由于桥面2上方塔柱内的蓄水箱比较高，因此射水枪4‑4处喷出的水压会足够大。 [0052] 绕流孔5‑4的设置方式为多种，其中绕流孔5‑4处实施例一的情况为，相邻绕流孔5‑4的开口沿抗火单元5轴向的朝向不同。 [0053] 绕流孔5‑4处实施例二的情况为，尾端位于同一侧的相邻的两个绕流孔5‑4为一组，相邻组的开口朝向不同。这样能够保证透水孔5‑3的出口处可以流出来的水的方向不受限制，最大可能地流出再摊铺开过水的面积。 [0054] 所述上半管5‑1和下半管5‑4彼此连接处的相对面上设有多个相对应的凸起5‑2’和凹槽管5‑2。凹槽管5‑2和凸起5‑2’彼此对应扣接，将抗火单元5的上半部和下半管5‑4连接为一个环形体，对拉索3形成环形的保护。其中凸起5‑2’和凹槽管5‑2位于上半管5‑1或下半管5‑4都可以。 [0055] 上半管5‑1的材质为阻燃塑料，下半管5‑4从内到外依次为玄武岩纤维层5‑5‑1、防火棉层5‑5‑2、阻燃塑料层5‑5‑3、防火棉层5‑5‑2和玄武岩纤维层5‑5‑1，彼此贴合连接。 [0057] 玄武岩纤维层5‑5‑1是以天然玄武岩拉制的连续纤维，玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。 [0058] 防火棉层5‑5‑2，又称防火海绵，阻燃海绵，防火棉，阻燃棉，一般就是各种聚氨酯类添加阻燃剂合成的防火材料，主要应用于家具制造，按摩器材制造，婴儿车制造，装饰装修，汽车饰品，墙体吸音，保温管，防火门和防火卷帘等方面。 [0059] 阻燃塑料层5‑5‑3原则上为加上阻燃剂的任意塑料。阻燃塑料层5‑5‑3内含配重金属块或配重金属板，是为了实现下半管5‑4比上半管5‑1质量大，在安装或使用过程中，其能够保持下半管5‑4始终位于下半部的状态。 [0060] 所述阻燃塑料层5‑5‑3内含配重金属块或配重金属板，下半管5‑4比上半管5‑1质量大。该结构能够保证下半管5‑4的重量大，不会翻转到上半管5‑1的位置，或者被水浇注后也不会翻转到上半管5‑1的位置。 [0061] 所述绕流孔5‑4位于上半管5‑1外表面的开口大，位于上半管5‑1内侧的尾端小，呈喇叭状。即绕流孔5‑4在上半管5‑1内平行或交叉式环向分布； [0062] 其中绕流孔5‑4处实施例三的情况为，参考过上半管5‑1轴线的上半管5‑1对称面，绕流孔5‑4的小口径端位于对称面的一侧，绕流孔5‑4的大口径端位于对称面的另一侧；相邻绕流孔5‑4的开口方向不同，绕流孔5‑4沿上半管5‑1轴线方向交替排列。 [0063] 其中绕流孔5‑4处实施例四的情况为，参考过上半管5‑1轴线的上半管5‑1对称面，绕流孔5‑4的小口径端和大口径端均位于对称面的另一侧，且相邻绕流孔5‑4的开口方向不同，绕流孔5‑4沿上半管5‑1轴线方向交替排列。此种设计能够满足冷却水水流在各个角度都能轻松进入绕流孔5‑4内，最大程度地灌入防火单元内较多的冷却水。 [0064] 所述开口位于上半管5‑1的横向的顶部，或位于与绕流孔5‑4的尾端所在侧相对的另一侧。用水来回浇灌拉索3上半部的上方，不仅对上半管5‑1的表面进行降温，还将水流通过喇叭型绕流孔5‑4喷射进入上半管5‑1内的多个透水孔5‑3内，绕流孔5‑4的容量大于透水孔5‑3，透水孔5‑3的直径小于绕流孔5‑4，则保证水流速度缓缓通过上半管5‑1，在上半部和下半管5‑4内环面之间的多个凸起5‑2’的作用下，水流经过拉索3的上环面，流向拉索3的下环面，最后汇集到下半管5‑4内环面，最终从其上的透水孔5‑3内流出，并沿着下半管5‑4的外表面从高到低流下，冷却水一部分蒸发掉，一部分从经过抗火单元5后流向地面；实现冷却水的循环。 [0065] 另外绕流孔5‑4的底部也可以设有开口，开口连通上半管5‑1的内表面，朝向拉索3的上表面，也能进一步保证水流速度缓缓通过上半管5‑1，在上半部和下半管5‑4内环面之间的多个凸起5‑2’的作用下，水流经过拉索3的上环面，流向拉索3的下环面，最后汇集到下半管5‑4内环面，最终从其上的透水孔5‑3内流出，并沿着下半管5‑4的外表面从高到低流下，冷却水一部分蒸发掉，一部分从经过抗火单元5后流向地面；实现冷却水的循环。 [0066] 一种使用上述桥梁拉索3的水力抗火装置的方法，含有以下操作步骤， [0067] 步骤1、斜拉桥的每个拉索3上安装有数个抗火单元5，同时作为拉索3的防撞结构；每根拉索3附近均有用于该拉索3抗火用的支撑架4‑1；桥面2上已散布有数个射水枪4‑4，这些射水枪4‑4已安装在支撑架4‑1上；塔柱内的蓄水箱内已有预定的水量； [0068] 步骤2、桥面2上发生火灾时，人员到达需要抗火的拉索3附近；若靠近该拉索3的支撑架4‑1上没有安装射水枪4‑4，则把附近的射水枪4‑4取下，安装到靠近该拉索3的支撑架4‑1上，并连接射水枪4‑4的接水管； [0069] 步骤3、将邻近的拉索3上的抗火单元5拆下；将需要抗火的拉索3上已有的抗火单元5沿着拉索3向上推，将刚拆下来的上半管5‑1和下半管5‑4扣接在需要抗火的拉索3上，保持下半管5‑4在拉索3下方；用同样方法安装下一个抗火单元5；直到需要抗火的拉索3上最上方的抗火单元5被推到目标高度，隔离火焰和拉索3； [0070] 步骤4、用射水枪4‑4从桥面2向处于火灾范围的抗火单元5喷水；水经过透水孔5‑3和绕流孔5‑4流过上半管5‑1，流向拉索3上表面，并流到拉索3下表面；操作者根据火势的大小调整水枪的阀门，绕流孔5‑4的容量和透水孔5‑3的直径是相配合的，保证水流速度适中且不间断地流过上半管5‑1；水流经过拉索3的上环面，流向拉索3的下环面，最后汇集到下半管5‑4内环面上，再从其上的透水孔5‑3流出；流出的水流一部分蒸发掉，一部分沿着下半管5‑4的外表面从高到低向下流；在设计该环节时，不希望冷却水的供给速度过浪费大水资源，从着火到救火结束的时间有时候很长，或者火势大小飘忽不定，导致用水量是个不确定的值；水流速度过小的话会降低拉索3上表面水的附着量，因此水流大小可以通过操作人员根据火势大小来调节供水的压力。 [0071] 步骤5、操作者转动射水枪4‑4，保证火灾范围内的抗火单元5均被浇注到，使火灾范围内的拉索3段均得到保护； [0072] 步骤6、在以上对拉索3进行抗火保护的过程中，其它人员利用靠近燃火点的其它支撑架4‑1，用其它射水枪4‑4对火源喷水，控制火势； [0073] 步骤7、大火熄灭后，关闭射水枪4‑4的阀门；将刚安装到需要抗火的拉索3上的抗火单元5拆下，并安装回其原先所在的拉索3上。 [0074] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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