一种复合的桥墩防撞系统的制作方法

本发明属于桥墩防撞技术领域，具体设计一种复合的桥墩防撞装置。

背景技术：

随着桥梁水面交通的发展，跨江、跨海大桥建设加快，通航船舶吨位明显提高，通航流量增大，船舶一旦走偏导致撞击桥梁的概率也不断增大，所造成的包括桥梁垮塌和船舶倾覆的恶性事故，其危害性也越来越大。

保护桥梁结构安全，一个重要方式是设置桥墩防撞装置，防撞装置通过自身的变形吸收部分能量，延长接触时间，大幅度降低撞击力的峰值。

目前实际使用的防撞装置种类繁多，最简单地，可以将防撞装置分为间接防撞和直接防撞。间接防撞将碰撞力主要传递至外部，包括防撞桩、人工围堰、人工岛、张力腿浮体防撞等，但间接防撞会占用较多河道面积，施工时间和费用较高；直接防撞没有改变力的最终传递路径，这种装置通过自身耗能减弱撞击力峰值、延长撞击作用时间，常见的有浮动式、固定式防撞装置等，该类装置工程量小，后期维修方便，得到了广泛的应用。防撞装置除了吸收能量外，还要尽可能降低船舶的船体损伤，常见的直接式防撞装置采用吸能材料和钢骨架结合而成，当受到船舶撞击时，吸能材料发生变形吸收能量，在碰撞时，外围护钢板具有一定的刚度，会对船舶造成损伤。现有的大部分防撞装置能漂浮在水面上，根据水面高度调整自己的位置。但现有的防撞装置多由吸能材料构成，一旦发生撞击则无法自动复原，对防撞结构的外观产生较大影响，发生严重变形后需要进行更换。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合的桥墩防撞系统，其耐久性好，防撞能力强，构件制作和拼装方便，在小型撞击下不需要修复，而且在不同撞击速度下能够有不同的反馈表现的桥墩防撞装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种复合的桥墩防撞系统，包括设置在桥墩承台外表面周围的可浮动的蜂巢型防撞结构，所述蜂巢型防撞结构的外围设有围护钢板，保持结构的整体性，所述围护钢板的外围安装有空心球防撞结构，空心球体为自由球体，无需进行连接，被包裹在一个底部开孔的带格栅的大型橡胶箱中，所述围护钢板的内外表面分别与所述蜂巢型防撞结构和所述空心球防撞结构的外壳橡胶箱固定连接，所述蜂巢型防撞结构、围护钢板和所述空心球防撞结构能够同步浮动。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述蜂巢型防撞结构包括多个钢制的正六棱柱，所述多个正六棱柱竖向排列且相互平行，相邻的正六棱柱之间在棱处焊接，形成一个紧密结合的六棱柱结构，所述正六棱柱内填充有吸能材料，所述蜂巢型防撞结构的底部密封。

所述空心球防撞结构包括多个空心球和用于固定空心球的底部开孔的带格栅的橡胶箱。

所述空心球为具有排水口的空心橡胶球，多个所述的空心橡胶球围绕所述围护钢板周围紧密排列，每个格栅内的空心橡胶球都被限制位移，仅能与格栅发生协同位移。

所述橡胶箱底部开口保证空心橡胶球周围充满水，开口大小较大，可以定在1/4倍防撞球直径附近，受到撞击时橡胶箱本身不产生水压，但开口大小能保证空心橡胶球不能掉出。

本发明的有益效果是：本发明的防撞结构在桥墩外周布置可浮动的蜂巢型浮围护，在蜂巢型防撞结构的周围，固定一片围护钢板，用于提高防撞结构整体性，其外侧布置几个带有格栅和开孔的橡胶箱，箱内装一种开孔的橡胶防撞球，防撞球为圆形，两端设有开口，开口较小，防撞球在受到撞击时，内部水会向外喷射，不同的船舶撞击速度能产生不同大小的抗力，防撞球的效能使用完毕后，其自身的橡胶材料还能起到一定的缓冲作用，通过橡胶防撞球以及蜂巢型防撞结构的结合形成防撞系统。本发明的防撞体系属于附加结构，无需改变桥墩的施工工艺，当结构体附于圆形桥墩结构上时，无需与桥墩有任何连接，在撞击过程中允许防撞体系转动，避开一部分撞击能量；当结构体附于多边形桥墩或承台上时，也无需进行固定，允许防撞装置在水面浮动。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的蜂巢型防撞结构的示意图。

图3是本发明的反映空心球布置的俯视图。

图4是本发明的反映空心球布置的正视图。

具体实施方式

参照附图。

本发明的桥墩防撞系统包括包括设置在桥墩承台外表面周围的可浮动的蜂巢型防撞结构1，所述蜂巢型防撞结构1的外围设有围护钢板2，所述围护钢板2的外围安装有空心球防撞结构，所述围护钢板的内外表面分别与所述蜂巢型防撞结构和所述空心球防撞结构固定连接，所述蜂巢型防撞结构、围护钢板和所述空心球防撞结构能够同步浮动。

所述蜂巢型防撞结构包括多个钢制的正六棱柱5，所述多个正六棱柱5竖向排列且相互平行，相邻的正六棱柱5之间在棱处焊接，形成一个紧密结合的六棱柱结构，所述正六棱柱内填充有吸能材料4，所述蜂巢型防撞结构1的底部密封。

当5万吨级散装货船以3m/s的速度撞击桥墩，用中国公路规范计算方法：

$P=\frac{WV}{gT}$

其中P为船舶(漂流物)撞击力(kN)；W为船舶重力(kN)；V为水流速度(m/s)；T为撞击时间(s)；g为重力加速度9.81m/s²。在不采用防撞结构的情况下，按流速V＝3m/s，T＝2.5s计算，船舶最大撞击力可达84MN。粗略估计船舶减速过程为匀速直线运动，那么在减速过程中经过的位移为：

$s=\frac{VT}{2}=\frac{3*2.5}{2}=3.75m$

而本防撞装置的总厚度约为2m，假设其产生了1m的变形，那么船舶撞击过程经过位移增加了1m，撞击时间变为3.17s，相应的，撞击力减弱为66MN，具有非常明显的防撞效果。正六棱柱钢管工艺成熟，在进行防撞结构设计时可以进行不同六棱柱钢管的壁厚和大小，以及长度的试验，以选择最合适的尺寸，以达到更好的防撞性能。

拼装好的防撞体系底部密封，便于吸能材料灌注，同时保证结构体潜浮于水面。

蜂巢型防撞结构1由正六棱柱5构成，底部封口，注入吸能材料，一般用聚氨酯泡沫、橡胶粒等轻型材料，使得结构体潜浮于水面。

采用正六棱柱为主体的防撞体系，截面六边形在受力时具有一定的变形能力，能在发挥棱柱结构抗力的同时，利用变形充分发挥吸能材料的效能。

在蜂巢型防撞结构1的外侧，布置一圈外侧围护钢板2，围护钢板2可增大防撞结构整体性，加大吸能能力。

所述空心球防撞结构包括多个空心球3和用于固定空心球的橡胶箱。

所述橡胶箱顶部密封，底部开口7保证空心橡胶球周围充满水，开口较大，可以定在1/4倍防撞球直径附近，受到撞击时橡胶箱本身不产生水压，但开口大小能保证空心橡胶球不能掉出。橡胶箱的底部开孔盖和顶部箱体在底部8处连接，连接处在水中，无密封要求。

所述空心球为具有排水口的空心橡胶球3，通常情况下，空心橡胶球3内有充满水，在受到碰撞时会排水，并产生一定针对碰撞的反向水压力，当受到缓慢撞击时，排水口及时排水，防撞球的抗力小，后期主要由橡胶结构提供；当受到快速撞击时，防撞球内产生巨大水压，产生较大抗力，使整个体系的抗力产生时间提早，大大增强了防撞能力，空心防撞球3可以使用带有钢丝加强的橡胶，避免撞击时发生破裂。

本发明的防撞系统受到船舶撞击后，空心防撞球会起到一定的缓冲和阻尼作用，并将能量分散到多个蜂巢型六棱柱防撞体上，尽量避免在小型撞击中六棱柱防撞体的损坏，同时橡胶的外表面可以尽量避免船舶的损坏，甚至可以避免划伤。在小型撞击下，船舶受到较小的阻力，船舶减速慢，还可以有效保护船上人员安全；大型撞击能最大程度保护船舶和桥墩，撞击后应对防撞装置进行检修，更换损坏的防撞结构分部。