一种桥墩防护装置的制作方法

本实用新型涉及结构工程防护领域，具体涉及一种桥墩防护装置。

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灾害的能力远远不足，对桥梁的安全带来了严峻的考验；在跨河大桥中，由于人为因素，市场伴随各种船撞事故，从而导致桥墩受各种不同程度的损害，甚至撞断桥墩使大桥垮塌；在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直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，但是还是存在诸多缺点和不足；例如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减小桥墩受到的撞击力，从而不能对桥墩起到应有的防护；现有的防护装置还存在结构单一固定、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；并且声称成本、安装维护费用高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种可适应不同防护能量等级需求、防护效果好的桥墩防护装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种桥墩防护装置，包括设置在桥墩外表面，且相互连接的多个防护单元块；防护单元块包括桶装结构的单元块外壳和设置在单元块外壳内部的阵列式分布的圆管；所述圆管通过分布式散力架连接；单元块外壳内部圆管之间填充有缓冲层。

进一步的，所述分布式散力架为于圆管直径相配合的多边形结构连接形成。

进一步的，所述分布式散力架圆管长度方向上设置有多层。

进一步的，所述单元块外壳一侧边缘向外侧延伸形成耳板，用于防护单元块之间的连接。

进一步的，所述单元块外壳为树脂基纤维增强复合材料。

进一步的，所述缓冲层为闭孔多胞结构材料。

进一步的，所述防护单元块通过抱箍和螺栓设置在桥墩外表面。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型在面对不同能量等级的撞击时能够实现阶梯式的能量耗散过程，能够适应不同的防护能量等级需求；

（2）本实用新型能够提供较长的冲击位移，延长撞击时间；

（3）本实用新型由单元块组成，整体成本低、便于安装和维护。

附图说明

图1为本实用新型内部截面构造图。

图2为本实用新型耗能结构构造图。

图3为无防护装置情况下，刚性冲击反力时程曲线。

图4为有防护装置情况下，刚性冲击反力时程曲线。

图中：1-单元块外壳，2-分布式散力架，3-圆管，4-缓冲层，5-耳板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1-2所示，一种桥墩防护装置，包括设置在桥墩外表面，且相互连接的多个防护单元块；防护单元块包括桶装结构的单元块外壳1和设置在单元块外壳1内部的阵列式分布的圆管3；所述圆管3通过分布式散力架2连接；单元块外壳1内部圆管3之间填充有缓冲层4。

进一步的，所述分布式散力架2为于圆管3直径相配合的多边形结构连接形成；这种结构可以使耗能圆管3形成一个整体，并通过分布式散力架2进行固定。

进一步的，所述分布式散力架2圆管3长度方向上设置有多层；这种结构更加稳定。

进一步的，所述单元块外壳1一侧边缘向外侧延伸形成耳板5，用于防护单元块之间的连接。

进一步的，所述单元块外壳1为树脂基纤维增强复合材料，采用这种材料耐磨性能好，韧性高。

进一步的，所述缓冲层4为闭孔多胞结构材料，可以选择PMI泡沫塑料或泡沫铝。

进一步的，所述防护单元块通过抱箍和螺栓设置在桥墩外表面。

使用时，分布式散力架2连接阵列式的圆管3构成耗能结构，设置在单元块外壳1内部构成防护单元块；防护单元块之间相互连接，设置在桥墩外表面；当防护装置受到船舶撞击时，作用力先通过单元块外壳1传递给单元块内部的分布式散力架2，分布式散力架2再将撞击力均匀分散给单元块内部的圆管3；圆管3和分布式散力架2通过自身的塑性变形来挤压构建之间的缓冲层4；上述每个阶段均伴随着不同程度的耗能过程，且所耗能量随着撞击过程的发展而不断呈现阶梯式的增大，实现具有高效阶梯式的耗能效果。

本实用新型中的结构可通过塑性变形或者其它形式将部分冲击能量转换成非弹性能，而不是储存为弹性能；对于不同能量等级的撞击物，所需的防护能力并不相同；如果撞击物能量较大而防护装置的能量耗散能力明显不足，将直接导致被防护的桥墩做功，从而产生较大的撞击力；如果将防护装置的能量耗散能力提高的很大，则会造成材料的浪费而不够经济；本实用新型装置能够适应不同的防护能量等级需求，同时其自身面对不同能量等级的撞击时能够实现阶梯式的耗能效果；本装置不但可以通过自身塑性变形吸收足够的能量，而且在碰撞时传递给桥墩的反力峰值保持低于引起结构损伤的阈值，并且反作用力几乎维持恒定，避免过高的减速速率；因为力所做的功等于其大小乘以沿力作用线发生的位移，如在碰撞时传递给桥墩的反作用力几乎维持恒定，为使防护装置吸收较大的冲击能量，则要求其冲击位移足够长；此外，根据冲量定理，对于一定的冲击动量，冲击时间越长，则冲击力就越小；该装置能够使得冲击作用时间延长，则冲击反力便会相应减小，桥墩所遭受到的损伤就越小，本装置能够提供较长的冲击位移，延长撞击作用的时间；装置整体由单元块组成，当防护装置中个别单元块破坏时，只需更换已损坏的单元块，无需整体更换；对于河谷及内河流域中的桥墩防护，因为其长期承受水流及泥沙的冲刷，表面材料应该具有足够的耐磨蚀性，本装置单元块外壳采用耐磨材料制备；并且该装置质量相对较轻，便于运输和安装，具有高的比能量吸收，耗能效率高；在使用时，首先将圆管3和分布式散力架2组装构成耗能结构，然后将耗能结构置于单元块外壳1内，最后将缓冲层4材料注入空隙内形成；本装置具有较高的耗能效果，具备将波动值大的冲击反力曲线弱化为拨动值小且恒定的能力，单元块外壳1采用耐磨材料具有耐磨、耐冲刷的能力；所以可运用于河道、沟谷类桥墩的防冲刷等位置的防护。

图3为验证刚性撞击下的冲击反力大小示意图，试验方法为：采用340kg混凝土冲击砝码，通过起吊机悬吊地面2.16m处，然后通过自动脱钩装置，使冲击砝码做自由落体运动砸向冲击平台；从图3中可以看出，平台收到冲击时冲击经历时间为0.004s，冲击力为1600KN，反力曲线波动剧烈。

图4为有防护情况下撞击的冲击反力大小示意图；试验方法为：采用340kg混凝土冲击砝码，通过起吊机悬吊地面2.16m处，然后通过自动脱钩装置，使冲击砝码做自由落体运动砸向冲击平台上的防护装置；从图4中可以看出，比没有防护的情况下平台受到冲击经历的时间长，冲击力较小；冲击经历时间为0.049s，冲击力为113KN；冲击反力相对无防护情况下，出现大幅度减小，且冲击反力曲线平稳。

本实用新型可适应不同的防护能量等级需求，实现阶梯式能量耗散过程，保护桥墩承受的反力峰值有限，且尽可能保持恒定；能够提供较长的冲击位移，延长撞击作用的时间，防护装置质量轻，比能量吸收率高；整体成本低，宜于安装、维护方便；适用于山区沟谷桥墩防冲刷、磨蚀；道路桥墩防车撞，内河流域桥墩防船撞等邻域，适用范围广。