防撞缓冲构件的制作方法

本实用新型涉及一种防撞保护结构，特别是涉及用于桥墩保护的碰撞缓冲构件。

背景技术：

随着市场经济的发展，交通已遍布全国各个地方，在山区、峡谷中由于伴随各种各样的地质灾害，在这些地区桥梁墩台防护一直没有受到重视，以致于桥梁抵抗不良地质灾害的能力远远不足，对桥梁的安全带来了严峻的考验；在当今城市建设过程中的市政路网日渐密集，各种市政高架立交桥梁错综复杂，且随着交通量的大幅增长，车辆撞击桥墩的风险大大增加。在严重的桥墩撞击事故中，除了人员伤亡和巨大的直接经济损失外，由于交通线被阻断所带来的间接经济损失和社会影响更是难以估量的。

目前，针对各种存在撞击风险的桥墩部位大都没有进行特别的防护设计，仅有个别桥墩根据需要设置了简单的防护措施。这些简易的措施虽然能够在一定程度上减缓撞击物与桥墩的撞击损害，但因缺乏系统的研究因而存在诸多缺点和不足。包括：

a采用的防护结构形式简单，破坏耗能形式单一，对高能量撞击物无法有效防护。

相关桥墩防护主要采取一些简单的防护措施，如：钢护筒、混凝土加固桥墩和一般较为简单的柔性防护体等。当桥墩受到撞击时，现有的柔性桥墩防护装置结构简单粗糙，耗能形式单一，面对高能量的撞击时，大部分能量仍由桥墩承受，桥墩仍然受到较大撞击力，该类型的防护不能有效的减小桥墩受到的撞击力，从而不能对桥墩起到应有的防护。

b能量等级不明确，无可供不同防护需求(防撞力或撞击能量)的桥墩选用的定型产品。

现有防护装置结构单一固定，不能根据不同防护工况调节自身刚度来适应不同防护能量需求。对于不同能量等级的防护，泡沫铝、pmi、聚氨酯只能通过调节自身体积来适应能量等级，在对防护体积有特殊要求的地方，不能有效的通过改变自身结构来适应更大能量等级需求。从而使得自身的使用具有一定的局限性。

c生产成本、安装及维护费用高。

pmi材料价格偏贵，而且pmi泡沫塑料随着时间推移容易老化，性价比低。泡沫铝发胞时容易产生较多废料，导致泡沫铝生产成本居高不下，整体性价比偏低。同时，现有防护装置一般为整体式安装，安装时一般需要大型设备，增加了安装成本，当在交通不方便的地方进行桥墩防护时，大型设备能否方便到达给施工周期带来了严重考验；当发生局部破坏时，不能针对破坏部位进行局部更换，而是整体更换，使维护成本大大增加。

中国专利文献公开了“一种轻型抗震空心预制墙砖”(cn201721757935.x)：水泥砂浆墙砖主体的空腔内设置有缓冲框架，缓冲框架内有多个由加强筋交叉形成的缓冲空腔。它具有砖体结构稳定，抗震性能增强，有一定的抗震缓冲效果，但是，它不适用于大桥墩的防撞保护。

技术实现要素：

本实用新型目的是针对现有技术的问题而提供一种能大幅降低撞击反力、结构简单、制作成本低的防撞缓冲构件。

本实用新型的目的是这样实现的：一种防撞缓冲构件，所述防撞缓冲构件的主体为弹性缓冲体，该主体上开有直径相同的纵向贯通孔和横向贯通孔，且纵向贯通孔和横向贯通孔均按矩形阵列布置：孔的列间距等于孔的直径，孔的行间距等于3倍孔的直径，且每一横向贯通孔与其相邻两行的纵向贯通孔之间的间距均等于孔的直径，每一纵向贯通孔与其相邻两行的横向贯通孔之间的间距均等于孔的直径。

所述防撞缓冲构件的主体为长方体或正方体，每行纵向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的前、后侧立面的上、下边，每列纵向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的前、后侧立面的左、右边，每行横向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的左、右侧立面的上、下边，每列横向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的左、右侧立面的左、右边。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：

1.结构简单，制作成本低，便于推广使用。

构件主体采用弹性颗粒，如橡胶颗粒(废旧轮胎制成)通过有机粘接材料(如液态聚氨酯)固化形成。

2.能够大幅降低冲撞反力。

本实用新型公开了一种缓冲装置，该装置作为防护结构，该缓冲防护装置主要由胶凝材料和弹性颗粒按照一定的结构聚合而成，通过调节胶凝材料所用比列，改变该缓冲结构的强度；该防护构件在受到较高速度冲击时，在构件内部形成弹塑性波，使得冲击过程中，弹塑性波在冲击方向传递时，撞击力在防护平面上不能在同一时间上形成撞击合力，以此来减小撞击反力。该防护缓冲构件主要用于防车撞击以及飞石撞击。

3.该结构由弹性颗粒a和有机粘合材料即聚合材料b组成，通过调节a、b的比列，改变聚合材料的刚度，以此来适应不同能量等级下的缓冲防护。

4.该构件可根据被防护物的形状，进行模块式切割，以此方便运输与安装，同时在受到撞击破坏后，只需更换破坏结构，无需整体更换。

附图说明

图1是本实用新型防撞缓冲构件(正方体)的主视图(剖面)。

图1a是图1的左视剖面图(沿图中任一列孔的中心剖切)。

图2是用于对照的现有实心整体的剖面图。图

2a是图2的结构冲力反力曲线。

图3是仅有纵向贯通孔阵列的对照构件的剖面图。图

3a是图3的结构冲力反力曲线。

图4a是图1、图1a的结构冲力反力曲线。

图5是图1基础上且满足本实用新型孔阵列的行间距和列间距条件的防撞缓冲构件的剖面图。

图5a是图5的结构冲击反力曲线。

具体实施方式

参见图1、图1a以及图5，防撞缓冲构件的主体的材质由弹性颗粒与有机粘接材料混合组成，该主体上开有直径相同的纵向贯通孔和横向贯通孔，该两类贯通孔的中轴线呈异面垂直、不相交，且纵向贯通孔和横向贯通孔均按矩形阵列布置：孔的列间距等于孔的直径，孔的行间距等于3倍孔的直径，且每一横向贯通孔与其相邻两行的纵向贯通孔之间的间距均等于孔的直径，每一纵向贯通孔与其相邻两行的横向贯通孔之间的间距均等于孔的直径。

在构件主体为长方体或正方体情况下，防撞缓冲构件主体的材质由弹性颗粒均匀分布在有机粘接材料中组成；该长方体的前、后侧立面上开有按矩形阵列布置的纵向贯通孔：每行纵向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的前、后侧立面的上、下边，每列纵向贯通孔的中心连线均平行于该长方体的前、后侧立面的左、右边，每行纵向贯通孔中的相邻两个纵向贯通孔之间的间距等于该纵向贯通孔的直径，每列纵向贯通孔的相邻两个纵向贯通孔之间的间距等于该纵向贯通孔的直径的3倍；该长方体的左、右侧立面上开有按矩形阵列布置的横向贯通孔，每行横向贯通孔中的相邻两个横向贯通孔之间的间距等该横向贯通孔的直径，每列相邻两个横向贯通孔之间的间距等于该横向贯通孔的直径的3倍；上述每一横向贯通孔与其相邻两行的纵向贯通孔之间的间距均等于该横向贯通孔的直径；上述每一纵向贯通孔与其相邻两行的横向贯通孔之间的间距均等于该纵向贯通孔的直径。

考虑纯弹性体材料缓冲变形量有限(类似橡胶块以及聚氨酯块等，整体致密性好，变形位移有限)，缓冲效果一般。为增加弹性体缓冲效果，拟通过聚合粘接材料，将弹性颗粒粘接为所设计结构，要求弹性颗粒之间要有一定的间隙(通过调节颗粒间隙以满足变形量)，以及较高的粘接强度(较高的粘接强度可使弹性颗粒变形较大的情况下，颗粒之间不会因为拉裂而是结构产生不可恢复的变形破坏)。

弹性缓冲体由弹性颗粒与有机聚合粘结材料粘接而成。

弹性颗粒材料可选范围：聚氨酯颗粒、橡胶颗粒等。

有机粘接材料：189树脂、乙烯基树脂、聚氨酯、ab胶等。

弹性缓冲体材料中弹性颗粒的选用原则为有效且经济，具有一定强度的弹性颗粒均可，但考虑经济性，弹性颗粒材料选用橡胶颗粒材料(弹性颗粒相比聚氨酯颗粒，市场上生产较多，一般选用废旧轮胎制成所需目数的橡胶颗粒)。

弹性体强度主要由橡胶颗粒强度、密实度、粘接材料粘接性能以及颗粒之间粘接接触面积等所决定。

1、考虑缓冲体的强度要求以及粘接面积要求，所用橡胶颗粒材料目数为3-9目；

2、采用目数为5的橡胶颗粒与不同粘接材料进行粘接，橡胶颗粒与粘接材料质量比为93:7，其试验数据见表1所示，考虑缓冲位移，橡胶颗粒与液态聚氨酯材料进行粘接后的缓冲效果最好；

表1不同粘接材料性能试验

3、按照橡胶颗粒质量：聚氨酯质量为93:7至70:30的比例，可将该材料的屈服应力调整为0.7mpa-5mpa范围，通过调整不同材料比例，实现不同能量等级的缓冲，且该聚合的材料在静压试验中，压缩65％(压缩方向)后，材料不破坏且可以回至原状态；

结论：弹性缓冲体选用目数3-9目的橡胶颗粒材料以及聚氨酯材料进行粘接，质量比为93:7至70:30。

本防护缓冲结构由图1所示，该结构由弹性颗粒a和有机粘接材料即聚合材料b组成，按照一定的比列聚合成一个方体(平面图为正方形)，并在立方体内形成纵横交错的贯通孔。

1、按照a：b＝93:7至a：b＝70:30的比列，可将该材料的屈服应力调整为0.7mpa-5mpa范围，通过调整不同材料比例，实现不同能量等级的缓冲，且该聚合的材料在静压试验中，压缩65％(压缩方向)后，材料不破坏且可以回至原状态；

2、对图2为整体式结构，整体为均匀的弹塑性介质，图3为按照阵列式空心圆柱体进行掏空形成纵向贯通孔，在冲击方向上实现不同的刚度梯度以及不同介质分布，实现在较高速度冲击下，同一波面的应力波在刚度梯度以及介质梯度下，不能在同一时间到达保护面，以此降低冲击反力。根据模拟及实际冲击试验验证(在缓冲防护能量等级范围内下的同能量等级冲击)，f3＝0.65f2(f3为图3结构撞击反力，f2为图2结构撞击反力)。

3、图4a为按照纵横交错下阵列式空心圆柱体进行掏空，在冲击方向上更进一步实现不同的刚度梯度以及不同介质分布。根据模拟及实际冲击试验验证(在缓冲防护能量等级范围内下的同能量等级冲击)，f4＝0.5f3(f3为图3结构撞击反力，f4为图4a结构撞击反力)。

4、将图1、图1a结构进行进一步改进，参见图5，空心柱之间间距△与空心柱直径d之间比例不同，将会影响弹塑性波在保护面上的叠加效果，通过计算模拟以及试验分析，△：d＝1:1情况下，缓冲效果最佳(参见图5a)。