一种组合式桥墩防撞装置

本发明涉及桥梁附属设备技术领域，尤其涉及一种组合式桥墩防撞装置。

背景技术：

在桥梁基础设施日益增长的今天，桥梁结构与交通运输工具之间的碰撞矛盾也日益突出。此外，山区的高墩大跨桥梁建设与日俱增，受到落石撞击的威胁也相应的更为严重。通常这些撞击物携带着巨大的冲击能量，桥梁结构在巨大的能量输入下，易造成严重的损伤甚至是倒塌。同时进一步造成巨大的经济损失、人员伤亡以及非常负面的社会影响。因此，在设计桥梁结构时，必须考虑防船撞、车撞、落石撞击等问题。

多墩大跨桥梁通常是跨海、跨河桥梁的常见形式，也是道路枢纽系统中极其重要的关键节点。通常，多墩桥梁的单个桥墩自身刚度偏低，大多属于柔性桥墩，如双肢薄壁墩。这些桥墩在船舶撞击下，极其容易出现倒塌的现象。尽管现有的一些防撞套箱能够起到一定的缓冲吸能作用，但是极大多数的防撞结构都是围绕着单墩而设置的，墩与墩之间的防撞结构在撞击发生时刻，处于柔性的接触状态，并且只能单独受力，无法直接传荷给非撞击墩。桥墩在船舶侧向撞击荷载作用下，主要依靠自身刚度和环绕在侧的防撞结构吸能来应对船舶带来的大冲击能量。而仅依靠这类方式，这些柔性的高墩仍往往无法能在船舶撞击下保持正常的承载能力。

在现有的防撞方案中，主要通过增加防撞套箱厚度的方式来加强桥墩抗撞能力。然而，通过增加套箱厚度，将会显著提高阻水率，加大基础冲刷问题，且造价很高，实际运用可行性差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单实用、使多个桥墩协同受力和抗冲击性能好的组合式桥墩防撞装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种组合式桥墩防撞装置，包括防撞套箱和刚性传力件，所述防撞套箱套接于设置在同一墩位上的多肢桥墩的外部，所述刚性传力件位于与防撞套箱相应的高度处，垫设于相邻的两肢桥墩之间，并将任一肢桥墩承担的载荷传递至与之相邻的另一肢桥墩上。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述防撞套箱能沿竖直方向在桥墩的外部上下移动，所述刚性传力件与所述防撞套箱同步移动。

所述刚性传力件的两侧与相邻的两肢桥墩的相对面贴合，刚性传力件的两端与防撞套箱的内壁锚固连接。

所述刚性传力件的两侧与相邻的两肢桥墩的相对面贴合，刚性传力件的两端与防撞套箱的内壁刚性连接。

所述刚性传力件包括刚性传力箱体和活动组件，所述活动组件包括多个可拆卸连接于刚性传力箱体两侧的滚轮，所述滚轮的回转轴线与桥墩垂直，且轮面贴合所述桥墩的壁面。

所述桥墩的壁面上设有竖直的导向条，滚轮的轮面上设有凹槽，所述凹槽对应卡设于导向条外部。

所述桥墩的壁面上设有竖直的导向槽，滚轮的轮面上设有凸条，所述凸条对应卡设于导向槽中。

所述防撞套箱的内壁中与桥墩的壁面相对的区域处设有多根缓冲条，多根缓冲条沿竖直方向设置，且均匀排布于该区域中。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的组合式桥墩防撞装置，包括防撞套箱和刚性传力件，其中防撞套箱套接于设置在同一墩位上的多肢桥墩的外部，而不是单一的为保护某一肢的桥墩设置；刚性传力件位于与防撞套箱相应的高度处，并垫设于相邻的两肢桥墩之间，用于将任一肢桥墩承担的载荷传递至与之相邻的另一肢桥墩上。

这种组合设置方式能够保证多肢桥墩也可以协同受力，在受到冲击时，不再是单一肢桥墩抵抗冲击力，而是通过刚性传力件以及整体套接的防撞套箱将冲击力传递至与其相邻的其他桥墩上，使多肢桥墩一同起到抵抗作用，因此显著提升了桥墩的抗撞刚度，从而降低单肢受冲击时的倒塌风险，使桥梁既能够采用多肢桥墩结构降低支反力峰值，又能使各肢协同作用提高抗冲击性能。并且，正是由于提高了多肢桥墩之间的受力协同性，因此不再需要增厚单肢桥墩外部的防撞套箱厚度，使防撞套箱的厚度在满足需求的情况下尽可能降低，不会提高阻水率，减小基础冲刷问题，且造价成本更低。

并且传力件为刚性结构，相比柔性结构来说，其刚度大、耐久性优良、传力的及时性更强且在相邻墩之间起到的结合性更高，能在撞击事故发生时在被撞击墩的挤压作用下及时传荷至邻近墩。

附图说明

图1和图2是实施例1中的组合式桥墩防撞装置的结构示意图；

图3是实施例2中的组合式桥墩防撞装置的结构示意图；

图4和图5是实施例3中的组合式桥墩防撞装置中滚轮与导向槽的配合示意图。

图例说明：1、防撞套箱；11、缓冲条；2、刚性传力件；21、刚性传力箱体；22、滚轮；23、锚固块；24、连接件；3、桥墩；31、导向条；32、导向槽。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的组合式桥墩防撞装置，包括防撞套箱1和刚性传力件2，防撞套箱1套接于设置在同一墩位上的多肢桥墩3的外部，刚性传力件2位于与防撞套箱1相应的高度处，垫设于相邻的两肢桥墩3之间，并将任一肢桥墩3承担的载荷传递至与之相邻的另一肢桥墩3上。

这种组合设置方式能够保证多肢桥墩3也可以协同受力，在受到冲击时，不再是单一肢桥墩3抵抗冲击力，而是通过刚性传力件2以及整体套接的防撞套箱1将冲击力传递至与其相邻的其他桥墩3上，使多肢桥墩3一同起到抵抗作用，因此显著提升了桥墩3的抗撞刚度，从而降低单肢受冲击时的倒塌风险，使桥梁既能够采用多肢桥墩3结构降低支反力峰值，又能使各肢协同作用提高抗冲击性能。并且，正是由于提高了多肢桥墩3之间的受力协同性，因此不再需要增厚单肢桥墩3外部的防撞套箱1厚度，使防撞套箱1的厚度在满足需求的情况下尽可能降低，不会提高阻水率，减小基础冲刷问题，且造价成本更低。

传力件为刚性结构，相比柔性结构来说，其刚度大、耐久性优良、传力的及时性更强且在相邻墩之间起到的结合性更高，能在撞击事故发生时在被撞击墩的挤压作用下及时传荷至邻近墩。内部的刚性传力件2和外部的防撞套箱1结合，相比于传统防撞套箱1内无刚性传力件2，更能将多墩自身的抗撞击刚度利用起来，增加多肢薄壁墩桥梁的抗撞强度，同时内外结合进一步提高了多墩的整体受力性。

本实施例中，刚性传力件2由高强钢材、高强混凝土或复合材料制成，高强钢材，如q460、q550到q960等耐候钢材具有高的强韧性能以及优良的抗疲劳性能；高强度混凝土，如ecc、hpc、uhpc等材料；其中，uhpc由于具有优异的力学性能和耐久性可作为优选材料。选用其作为刚性传力件2时可将其制作成梁体造型，在减轻自重的同时具备优良的强度特征，能够在撞击荷载作用于桥墩3时，传荷至相邻桥墩3，从而使各个桥墩3协同受力，增强桥墩3抗撞刚度。

防撞套箱1为可以在水面上浮动的结构。包括但不限于钢套箱、复合材料套箱以及基于uhpc材料的钢套箱等防撞浮箱。

本实施例中，防撞套箱1能沿竖直方向在桥墩3的外部上下移动，从而保证防撞套箱1可以调节处于桥墩3的主要受撞区域，刚性传力件2与防撞套箱1同步移动，与防撞套箱1相结合，使多肢桥墩3的主要受撞区域的内部和外部均存在联系，保证协同效果。应用于跨海、跨河桥梁时，刚性传力件2和防撞套箱1能够一同浮动于水面上，始终处于桥墩3受船舶的主要撞击区域中。

本实施例中，刚性传力件2的两侧与相邻的两肢桥墩3的相对面贴合，以保证不同肢桥墩3之间的冲击力传递效果，刚性传力件2的两端与防撞套箱1的内壁锚固连接，从而与防撞套箱1同步上下移动。在该锚固连接方式中，可以在刚性传力件2和防撞套箱1上设置锚固块23，锚固块23之间通过高弹性模量的连接件24连接，可以选用钢丝绳、钢绞线、钢丝束、钢拉杆、复合材料拉杆、带预应力的混凝土拉杆等，锚固块23采用钢材、混凝土、复合材料制成，以确保强度和刚度。

本实施例中，刚性传力件2包括刚性传力箱体21和活动组件，活动组件包括多个可拆卸连接于刚性传力箱体21两侧的滚轮22，滚轮22的回转轴线与桥墩3垂直，且轮面贴合桥墩3的壁面，即刚性传力件2与桥墩3壁面之间的相对移动方式可以利用滚轮22实现滚动代替滑动，避免损伤桥墩3和刚性传力件2的表面，同时移动过程更加顺滑，使刚性传力件2的上下浮动跟随更加灵活。滚轮22以及用于连接滚轮22的配件具有耐腐蚀、耐疲劳、耐磨等特点，可选用不锈钢材、高强混凝土、复合材料等材料。滚轮22采用螺栓紧固件等可拆卸连接方式，在撞击发生后可及时更换，拆卸方便。

本实施例中，桥墩3的壁面上设有竖直的导向条31，滚轮22的轮面上设有凹槽，凹槽对应卡设于导向条31外部，从而对滚轮22的滚动方向进行限位，保证刚性传力件2浮动过程中的位置稳定性。导向条31可以是安装在桥墩3上的结构，也可以是与桥墩3一体成形的结构，最好选取具有耐磨、耐腐蚀、耐疲劳等特点的不锈钢材、高强混凝土材料、复合材料等材料。导向条31无需沿桥墩3全高设置，可根据通航水位变化设置一定高度的导向条31。

本实施例中，防撞套箱1的内壁中与桥墩3的壁面相对的区域处设有多根橡胶材质的缓冲条11，多根缓冲条11沿竖直方向设置，且均匀排布于该区域中，为防撞套箱1和桥墩3之间再增设一缓冲区域，与防撞套箱1结合形成两道吸能防线，进一步提高桥墩3的抗冲击性能。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同之处在于，如图3所示，本实施例中，刚性传力件2的两侧与相邻的两肢桥墩3的相对面贴合，刚性传力件2的两端与防撞套箱1的内壁刚性连接，而不是锚固连接，刚性连接方式使内部的刚性传力件2与外部的防撞套箱1之间具备有一定的整体性，因此进一步提高了多肢桥墩3之间的协同受力性能。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同之处在于，如图4和图5所示，本实施例中，桥墩3的壁面上设有竖直的导向槽32，滚轮22的轮面上设有凸条，凸条对应卡设于导向槽32中，从而对桥墩3壁面与滚轮22之间的限位方式进行调整。既可以为图4所示的整个滚轮22的轮面均作为凸条卡设于导向槽32内，也可以为图5所示的滚轮22两侧设置凸条与导向槽32配额和，在其他实施方式中，也可以视情况选用其他配合结构；由于在发生侧向的撞击时，导向槽32侧向限位了刚性传力件2的活动，存在刚性传力件2不参与工作时损伤活动组件的风险，因此，限位形式可以更优选地设置成口型，实现释放刚性传力件2的侧向约束目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。