单元箱积木式组合的frp桥墩柔性防撞浮箱的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，为由若干FRP单元箱可拆装式连接构成的围绕桥墩外围的箱式浮体，所述FRP单元箱包括FRP外箱，及外箱内腔紧凑填装满的若干FRP柱壳构件。FRP单元箱分为FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱；水阻单元箱支承于浮力单元箱上，通过水阻箱的压重达到保证浮箱结构稳定和水下防撞要求的淹没深度，通过浮力单元箱的支承带动浮箱整体随水位变化上下浮动。本发明为“自定位、弱接触、高消能的FRP桥墩防撞浮箱”(ZL 2010 1 0507177.2)的改进型结构形式，可使专利浮箱结构形式更简单，结构受力更合理，结构消能更有效，制造安装更快捷，维修更换更方便，工程造价更经济。
【专利说明】
单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱
技术领域
[0001]本发明涉及桥梁工程的桥墩防撞保护浮箱，具体是一种单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱。
【背景技术】
[0002]专利号:ZL 2010 I 0507177.2公开了一种“自定位、弱接触、高消能的FRP桥墩防撞浮箱”，其结构包括底舱中装满相互密贴但不连接的FRP八边形柱壳构件和四边形柱壳构件;前、中、后箱均为整体式大箱结构和浮力箱结构。该结构形式存在的问题通过如下三方面的技术改进，将使其结构形式更加合理，并使其技术经济性能更加优秀:
[0003 ] (I)浮箱外围箱体结构的两舱组合结构形式技术改进
[0004]因这种结构形式为两舱结构，各司其职，顶舱主要提供浮箱的“自定位”和“弱接触”功能，底舱主要提供浮箱的“高抗撞”和“高消能”功能，使得浮箱的两舱结构间的功能互补性较差，不得不额外增加材料用量来提高顶舱的抗撞消能功能和底舱的弱接触支承功能，由此带来了浮箱工程造价的增加和材料不能物尽其用的浪费；又因浮箱顶舱结构构造较复杂和舱内斜面部件撞坏后修复较难，还将带来浮箱制造、安装、维修难度和费用的增加，故这种结构形式不是技术经济最优形式，有必要将这种两舱组合结构形式改进为单舱结构带内衬柱壳构件的新型结构形式，
[0005 ] (2)浮箱外围箱体结构的大箱组合结构形式技术改进
[0006]因这种结构形式的前、中、后箱体量较大，各箱的箱壳构件壁板较长，箱内装有的八边形柱壳构件和四边形柱壳构件较多。浮箱消能，主要通过箱壳构件壁板撞击处的大变形挤压箱内柱壳构件使其产生挤压变形和运动摩擦做功实现，但长而柔的箱壳构件壁板通过传力和变形带动箱内柱壳构件做功的数量和能量都达不到最大化，使得浮箱以变形消能和摩擦消能转换船撞动能的效果也达不到最大化;又因这种结构形式体量较大，使得浮箱制造安装的难度随之增加，箱内个别柱壳构件撞坏后的维修更换还须打开前、中、后箱进行，又带来了浮箱后期维修难度、工期和费用的增加，故这种结构形式也不是技术经济最优形式，也有必要将这种大箱组合结构形式改进为小型单元箱积木式组合的新型结构形式，进一步使专利浮箱的结构形式更加合理，技术经济性能更加优秀。
[0007 ] (3)外围箱体结构的全浮力箱结构形式技术改进
[0008]因这种结构形式的前、中、后箱设计成全浮力箱结构，当其结构重量抵消浮力后达不到其结构稳定和水下防撞要求的淹没深度时，只好增加浮箱的结构重量或在前、中、后箱底舱中不对称注水压重来增大其淹没深度，这将带来浮箱一期工程造价和后期浮力平衡调试难度的增加;又因这种全浮力箱结构形式的箱内不能进水，不能利用无成本的水流进行增大船撞阻力和动能转换为势能的消能做功，使得浮箱的消能效果既达不到最大化也做不到最经济，故这种结构形式仍不是技术经济最优形式，仍有必要将这种全浮力箱结构形式改进为浮力箱与水阻箱平衡组合的新型结构形式，以支承于浮力单元箱上的水阻单元箱增加浮箱的压重维稳和引进水流做功消能，使专利浮箱能在不增加工程造价的基础上，淹没深度和浮力平衡更易实现，结构稳定和结构消能更加高效。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于采纳上述的改进措施，而提供的一种单元箱积木式组装连接的FRP桥墩柔性防护浮箱。
[0010]为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种单元箱积木式组装连接的FRP桥墩柔性防护浮箱，其特征在于，它是由若干FRP单元箱可拆装式连接构成的围绕桥墩外围的箱式浮体，所述FRP单元箱包括FRP外箱，及外箱内腔紧凑填装满的若干FRP柱壳构件。
[0011]进一步地，FRP单元箱之间的可拆卸式连接包括但不限于燕尾凹凸槽连接、T形凹凸槽连接;或FRP单元箱之间通过连接件连接。
[0012]上述由若干FRP单元箱可拆装式连接构成的围绕桥墩外围的箱式浮体分为前FRP单元箱组、中FRP单元箱组和后FRP单元箱组，其中所述前FRP单元箱组或/和后FRP单元箱组由若干可拆装的FRP单元箱组成后具有正对水流上游或下游船舶正撞方向的分水尖。
[0013]进一步地，在所述箱式浮体对应桥墩的内表面附着有用于内衬的、底部有孔的FRP柱壳构件阵列。
[00?4]更进一步，构成围绕桥墩的外围箱式浮体的FRP单元箱，分为FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱;其中FRP水阻单元箱的外箱底面具有进出水孔;所述FRP浮力单元箱的外箱侧面和底面无孔，箱内全部填充或一定箱高以下填充满聚氨酯硬质泡沫。
[0015]上述FRP柱壳构件为形状相同的圆柱壳或多面柱壳，所述多面柱壳包括正四面柱壳和正八面柱壳。
[0016]再进一步，FRP水阻单元箱的外箱内腔紧凑填装的顶底贯穿的中空FRP柱壳构件与外箱底面具有的进出水孔对应。
[0017]具体地，所述FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱间隔排列，对于前或后FRP单元箱组，FRP浮力单元箱位于分水尖的外围。
[0018]本发明由于上述结构而产生的有益效果是显著的:
[0019]1、以单舱式外围箱体结构承担浮箱的“高抗撞”和“高消能”功能，以附着于单舱式外围箱体结构内壁板上的内衬柱壳构件阵列结构承担浮箱与桥墩的“自定位”和“弱接触”功能，从而使浮箱结构形式更简单，结构受力更合理，结构消能更有效，并且制造安装更快捷，维修更换更方便，工程造价更经济。
[0020]2、由于采用积木式单元箱组合连接形式，代替原浮箱外围箱体结构的顶、底舱套装组合和前、中、后箱大箱组合的结构形式，使浮箱结构形式更简单，结构受力更合理，结构消能更有效，制造安装更快捷，维修更换更方便，工程造价更经济。
[0021]3、将全浮力箱结构形式改进为浮力箱与水阻箱平衡组合的新型结构形式，以支承于浮力单元箱上的水阻单元箱增加浮箱的压重维稳和引进水流做功消能，使专利浮箱能在不增加工程造价的基础上，淹没深度和浮力平衡更易实现，结构稳定和结构消能更加高效。
【附图说明】
[0022]附图1为本发明的结构立面图；
[0023]附图2为本发明实施例的平面示意图；
[0024]附图3为附图2的平剖示意图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的上述结构可以通过附图给出的非限定性的实施例进一步说明。
[0026]参见附图1，图中围绕桥墩2外围的箱式浮体I，其分水尖正对水流上游或下游船舶3。
[0027]参见附图2，上述箱式浮体I由围护在桥墩2周围的、通过可拆装式连接的FRP单元箱11，每个FRP单元箱11的顶面设置有两个人工检查井。
[0028]上述FRP单元箱11，由前FRP单元箱组111、中FRP单元箱组112和后FRP单元箱组113构成;它们又分别由7个、2个和3个独立的FRP单元箱通过箱间连接的燕尾槽114积木式组合为箱式浮体I。在所述箱式浮体对应桥墩的内表面附着有FRP柱壳构件12，所述有FRP柱壳构件12为正八面柱壳。
[0029]上述单FRP元箱分为浮力单元箱I和水阻单元箱Π两类。
[0030]实施例中，前FRP单元箱组111中的外侧5个单元箱的一个或两个未连接面为斜面，构成正对水流上游或下游船舶3正撞方向的分水尖，其外侧5个单元箱为浮力单元箱111-1，其间的2个单元箱为水阻单元箱111-Π。
[0031]实施例中的中FRP单元箱组112，为水阻单元箱112-Π。
[0032]实施例中的后FRP单元箱组113，两端的2个单元箱为浮力单元箱113-1，其间的I个单元箱为水阻单元箱113-Π。后FRP单元箱组113也可以根据需要像前FRP单元箱组那样构建分水尖。
[0033]全部水阻单元箱Π均支承于浮力单元箱I上，通过水阻箱Π的压重达到保证浮箱结构稳定和水下防撞要求的淹没深度，通过浮力箱I的支承带动浮箱整体随水位变化上下浮动。
[0034]进一步地，参见附图3，上述的FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱均包括顶面设有两个人工检查井的外箱115，及外箱内腔紧凑填装满的若干FRP柱壳构件116。浮力单元箱的箱壁和底板上无孔，箱内1/3箱高范围填充满聚氨酯硬质泡沫117。
[0035]水阻单元箱Π的底板上设有圆形进出水孔118，圆形进出水孔118与箱内正八面柱壳构件116数量相同且平面位置一一对应，即每个进出水孔118的孔心与其对应的正八面柱壳构件116平面中心重合，孔径约为正八面柱壳构件116两对边尺寸的1/3。
[0036]本发明的工作原理是这样的:箱式浮体I未受船舶撞击时，依靠浮箱内衬柱壳构件12阵列结构实现箱式浮体I与桥墩2间的“自定位”、“弱接触”连接和随水位变化的上下浮动。箱式浮体I任一部位受船撞击时，一方面通过撞击部位的FRP单元箱11的浮力单元箱I或水阻单元箱Π的外箱115壁板产生向内(即向桥墩2方向)位移的大变形，带动箱内柱壳构件116产生挤压变形和运动摩擦进行消能做功，并将这种经消能衰减的撞击运动再传递给本单元箱外箱115的其余三方壁板和燕尾槽114，进而带动相邻单元箱将这种衰减撞击运动最大范围地进行传递直至传到柱壳构件阵列结构12;另一方面通过相邻单元箱燕尾槽114间的微小间隙(3?5_)撞击时产生的微小位移和转动卸掉部份船撞动能，使各单元箱传递至内衬柱壳构件阵列结构12的船撞动能经此箱间卸能进一步衰减;又一方面通过直接撞击部位和带动撞击部位的水阻单元箱π的箱内水流撞击时受箱挤压产生的孔底射流和孔内水位升高，将部份船撞动能转换为水流势能使撞击运动进一步衰减;再一方面通过FRP单元箱11所围的水流及内衬柱壳构件12阵列结构各柱壳构件内装的水流受船撞击反作用于浮箱I的水流阻力功，加上浮箱I撞击处单元箱部份箱壳构件115、柱壳构件116可能破坏产生的溃散能及浮箱I分水尖正撞时能拨开船头使其滑移离开带走船撞动能的卸能，将更进一步消耗船撞动能使其最终传给桥墩2的船撞动能降低70%以上;最后，通过浮箱内衬柱壳构件12阵列结构将经上述消能后的剩余船撞力再进行支承缓冲和作用面积扩散，使桥墩2最终实际承受的船撞力无论是合力大小还是局部应力都小于桥墩2的自身抗力，确保桥墩2和全桥受力安全。
[0037]箱式浮体I在消能降低桥墩2船撞动能70%以上的同时，也可通过外单元箱体结构11释放的变形能反推船舶3离开，还能通过单元箱体结构11的分水尖拨开船头使其滑移离开，前者因浮箱I消能后传给船舶3的反力较小及撞击部位单元箱的柔性和黏弹性不会咬住和卡死反推的船舶3，后者能将大部份船撞动能保留在船上由船带走而不与箱式浮体I发生能量交换，故可大幅减小船舶3的撞损破坏。
[0038]箱式浮体I在降低桥墩2船撞动能和减少船舶3撞损破坏的同时，不仅可依靠箱式浮体I结构材料的高强度、低模量、粘弹性、耐疲劳、自防腐优势，减少自身结构的撞击破坏和后期养护，提高其使用寿命和使用价值;而且可依靠浮箱I积木式单元箱组合的结构形式优势，提高浮箱I的抗撞消能效果和制造安装效率，实现浮箱I撞损破坏后只更换破损单元箱的快速修复投入使用，减少箱式浮体I撞后的维修成本及不能快速维修投入使用可能造成的再次船撞伤害。
[0039]最后需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制其技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换而不脱离本技术方案宗旨和范围的内容，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
【主权项】
1.一种单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，为由若干FRP单元箱可拆装式连接构成的围绕桥墩外围的箱式浮体，所述FRP单元箱包括FRP外箱，及外箱内腔紧凑填装满的若干FRP柱壳构件。2.根据权利要求1所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，FRP单元箱之间的可拆卸式连接包括燕尾榫槽连接、T形榫槽连接;或FRP单元箱之间通过连接件连接。3.根据权利要求1所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，由若干FRP单元箱可拆装式连接构成的围绕桥墩外围的箱式浮体分为前FRP单元箱组、中FRP单元箱组和后FRP单元箱组构成，其中所述前FRP单元箱组或/和后FRP单元箱组由若干可拆装的FRP单元箱组成后具有正对水流上游或下游船舶正撞方向的分水尖。4.根据权利要求1所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，在所述箱式浮体对应桥墩的内表面附着有用于内衬的、底部有孔的FRP柱壳构件阵列。5.根据权利要求1-4之一所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于:构成围绕桥墩的外围箱式浮体的FRP单元箱，分为FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱；其中FRP水阻单元箱的外箱底面具有进出水孔;所述FRP浮力单元箱的外箱侧面和底面无孔，箱内全部填充或一定箱高以下空间填充满聚氨酯硬质泡沫。6.根据权利要求1或4所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，所述FRP柱壳构件为形状相同的圆柱壳或多面柱壳，所述多面柱壳包括正四面柱壳和正八面柱壳。7.根据权利要求5所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，FRP水阻单元箱的外箱内腔紧凑填装顶底贯穿的中空FRP柱壳构件与外箱底面具有的进出水孔——对应。8.根据权利要求5所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，所述FRP浮力单元箱和FRP水阻单元箱间隔排列，对于前或后FRP单元箱组，FRP浮力单元箱位于分水尖的外围。9.根据权利要求1所述的单元箱积木式组合的FRP桥墩柔性防撞浮箱，其特征在于，FRP外箱的顶面具有至少一个人工检查井口。
【文档编号】E02B3/26GK105839594SQ201610355821
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】张锡祥
【申请人】张锡祥