一种利用水流控制的桥梁稳定装置的制作方法

本发明涉及桥梁建筑领域，特别是一种利用水流控制的桥梁稳定装置。

背景技术：

桥梁的稳定性是桥梁安全的保证，正常使用时桥梁的稳定性不会存在较大安全隐患，但是，在诸如强风或暴雨导致水位急剧上涨、水流湍急等类似的意外情况发生时，桥梁所受到的冲击力极有可能超出设计强度，使得桥梁发生坍塌危险，不仅影响车辆通行，还会带来较大经济损失，甚至会造成人员伤亡；尤其是强风和降雨多发地带或沿海地带，山洪、泥石流等地质性灾害以及河流水位上涨都会对桥梁安全产生威胁。

上述情况发生时，不仅会对桥墩部位产生冲击，水位较高时还会对梁体造成冲刷，使得桥身产生偏移或断裂，特别是对一些轻质桥梁如钢结构桥、浮桥等，影响尤为显著；而为了在上述情况发生时保持桥梁良好的稳定性，相关人员常采取重物压桥的方式对桥梁的整体稳定性进行紧急应对，如将多辆满载卡车或火车车厢等开到桥上，或在桥上堆积沙袋等，这种增加重量的方法可以使梁体与桥墩以及桥墩与地面之间的挤压力增大，一方面增加了彼此间的摩擦力，同时也迅速增加了桥梁本身的惯性势能，使其在受到冲击时可以更好地保持稳定，避免局部或整体产生位移。

尽管该方法尚不能从根本解决桥梁的安全问题，但是用于应对紧急情况，不失为一种简单快速的保障方法；而该方法存在的缺陷也较为明显：一是需要借助设备和人员进行辅助操作，二是需要耗费较长时间来完成实施过程，显然这对现场人员来说存在极大的安全隐患，一旦实施过程中发生意外，将会造成更多不必要的财产损失和人员伤亡；因此，应将这一方法与桥梁本身进行融合，以获得更安全、更快捷的应急使用效果。

技术实现要素：

针对上述情况，为弥补现有技术所存在的技术不足，本发明提供一种利用水流控制的桥梁稳定装置，以解决现有桥梁对冲击力抵御不足及无法安全、及时应对紧急情况的问题。

其解决的技术方案是：包括带有圆柱形涵洞的桥墩和安装于桥墩上的梁体，还包括置于梁体下方的至少一个配重块和与配重块一一对应的转盘，所述的转盘置于配重块的上方并与配重块经竖向轴线转动连接且二者不产生轴线滑动，所述的转盘上有置于转盘的上方并沿转盘的转动轴线竖向滑动的拉杆，拉杆与转盘之间不产生相对转动，转盘上有沿转盘的轴线圆周分布并径向滑动的多个滑块，滑块置于拉杆下方并与拉杆经连杆铰接，当转盘带动拉杆转动时，滑块受到离心力而在转盘上离心滑动并经连杆拉动拉杆向下滑动；所述的拉杆的上端与梁体经转盘的轴线转动连接，桥墩上有置于圆柱形涵洞内并与圆柱形涵洞同轴设置的可转动的涡轮桨，涡轮桨与转盘传动连接，当涡轮桨转动时，转盘带动拉杆随之产生转动。

本发明操作简单，通过水位高度变化和流体速度变化来控制涡轮桨的转动，进而实现拉杆的拉紧，将配重块或河床的重量增加至梁体上以实现增重，不需要手动干预即可完成自动稳定操作，既保障了桥梁的稳定性，又避免了现场操作存在的安全风险；同时，本发明不需要投入其他物资、设备和能源，节省了大量成本。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的a-a剖面示意图。

图3为本发明的图1中b部分的放大图。

图4为本发明的图3的c-c剖面示意图。

图5为本发明的立体结构示意图。

图6为本发明的图5中d部分的放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图6给出，本发明包括带有圆柱形涵洞的桥墩1和安装于桥墩1上的梁体2，还包括置于梁体2下方的至少一个配重块3和与配重块3一一对应的转盘4，所述的转盘4置于配重块3的上方并与配重块3经竖向轴线转动连接且二者不产生轴线滑动，所述的转盘4上有置于转盘4的上方并沿转盘4的转动轴线竖向滑动的拉杆5，拉杆5与转盘4之间不产生相对转动，转盘4上有沿转盘4的轴线圆周分布并径向滑动的多个滑块6，滑块6置于拉杆5下方并与拉杆5经连杆7铰接，当转盘4带动拉杆5转动时，滑块6受到离心力而在转盘4上离心滑动并经连杆7拉动拉杆5向下滑动；所述的拉杆5的上端与梁体2经转盘4的轴线转动连接，桥墩1上有置于圆柱形涵洞内并与圆柱形涵洞同轴设置的可转动的涡轮桨8，涡轮桨8与转盘4传动连接，当涡轮桨8转动时，转盘4带动拉杆5随之产生转动。

作为优选，所述的涡轮桨8与桥墩1之间经第一轴承9转动连接，涡轮桨8上有与涡轮桨8同轴设置的第一斜齿轮10，转盘4上有与转盘4的转动轴线同轴设置的第二斜齿轮11，第二斜齿轮11与第一斜齿轮10啮合，当涡轮桨8转动时，转盘4在第一斜齿轮10和第二斜齿轮11的传动作用下产生转动。

作为优选，所述的第二斜齿轮11与转盘4之间经超越离合器12相连接，当第二斜齿轮11的转速低于转盘4的转速时，超越离合器12不产生动力传递，转盘4可在自身惯性作用下持续转动。

作为优选，所述的转盘4与配重块3之间经第二轴承13转动连接。

作为优选，所述的梁体2上有置于梁体2下方的连接块14，拉杆5的上端与连接块13经第三轴承15转动连接。

作为优选，所述的转盘4上有置于转盘4上方并与转盘4的转动轴线同轴设置的套筒16，拉杆5与套筒16同轴滑动连接且二者不产生相对转动。

作为优选，所述的转盘4上有置于拉杆5下方的复位弹簧17，拉杆5在复位弹簧17的弹力作用下向上滑动。

作为优选，所述的梁体2上有置于梁体2下方的连接块14，拉杆5的上端有凸缘18，连接块14上有与凸缘18匹配的沿拉杆5的轴线方向设置的容置滑槽19，凸轮19置于容置滑槽19内，容置滑槽19内有置于凸缘18下方的支撑弹簧20，支撑弹簧20的两端分别与凸缘18和容置滑槽19的下端面接触，当拉杆5被连杆7拉动而向下滑动时，支撑弹簧20受力压缩并将其压缩后的弹力经连接块14作用于梁体2上，当拉杆5在当前位置停止滑动后，支撑弹簧20的弹力与拉杆5的向下拉力大小相等，故通过对支撑弹簧20的选择与设定可以对梁体2受到的拉杆5的拉力进行设定。

作为优选，所述的容置滑槽19内有置于支撑弹簧20与容置滑槽19下端面之间或置于凸缘18与支撑弹簧20之间的第三轴承15，避免支撑弹簧20对拉杆5的转动产生较大阻力。

作为优选，所述的转盘4上有沿转盘4的转动轴线径向设置的限位滑槽21，滑块6上有滑动置于限位滑槽21内的滑接部22，当滑块6受到的离心力较大时，滑块6受到限位滑槽21的阻挡而停止离心滑动，避免拉杆5受到的拉力过大对梁体2造成损伤。

作为优选，所述的第二轴承13与第三轴承15为推力轴承。

本发明正常使用时与普通桥梁无异，桥墩1用于支撑梁体2，梁体2用于车辆和行人的通行；安装时可将上述各传动部件安装于箱体23上，而后根据实际需求选择合适的安装方式将箱体23安装于桥墩1上，如：1）将箱体23预装在桥墩1的钢筋架上，而后进行混凝土浇筑；2）采用钢结构与混凝土混合式桥墩，将箱体23或上述各部件直接安装于钢结构部分；3）采用薄壁空心式桥墩，将箱体23或上述各部件直接预装于空心桥墩内；4）为了便于后期维修维护，还可将箱体23悬挂固定于桥墩1的外侧；无论选择何种安装方式，只需保证水流可流经涡轮桨8即可；根据河道宽度和实际使用需要设置合理数量的桥墩1，将梁体2固定于桥墩1上，同时根据实际使用需求选择重量合适的配重块3，并确保配重块3稳定地置于河床上而不会因水流冲刷产生水平位移即可；而为了使配重块3可靠工作，可对其采取包括但不限于下述多种实施方法使其稳定置于河床上如：a）使配重块3与桥墩1竖向滑动连接；b）在河床底部设置与配重块3匹配的沉井，将配重块3置于沉井底部并使其可在该沉井内上下滑动；c）将配重块3固定连接在河床上或埋入河床地下深处。

当河流水位较低时，水流不与涡轮桨8接触或不产生较大面积接触，因此，涡轮桨8不产生转动，相应地其余各部件也不会产生运动。

当河流水位上涨、流速加快时，涡轮桨8受到水流的冲击而产生转动，转盘4在齿轮副和超越离合器12的传动作用下产生转动并带动拉杆5同时转动，转盘4的转动产生离心力使滑块6离心滑动，滑块6离心滑动使连杆7与拉杆5之间的夹角增大，从而使拉杆5在转盘4上向下滑动而产生拉力并压缩支撑弹簧20，而由于滑块6与转盘4之间的竖向相对位置不变，转盘4与配重块3之间的竖向相对位置也不变，故拉杆5的拉力将梁体2和转盘4也即配重块3拉紧，从而将配重块3的重量增加至梁体2上；涡轮桨8的转速越高，则转盘4的转速越高，滑块6受到的离心力也相应越大，故拉杆5上的拉力也越大；对应于上述对配重块3采取的不同的实施方法，梁体2上的实际增重情况有所不同：a）梁体2上增加的是配重块3的重量，因此可通过选择适当重量的配重块3来获得预期的增重效果；b）梁体2上增加的同样是配重块3的重量，该情况下配重块3不工作时对桥墩1不产生影响；c）梁体2上增加的是拉杆5上产生的拉力，可间接理解为将一定重量的河床拉向梁体2，该情况下需通过设定支撑弹簧20的弹性系数或采用拉力传感器确定具体增重效果。

尽管上述不同情况下梁体2上产生的增重效果有所区别，但都实现了增重操作，起到了稳定桥梁的效果，根据不同的使用环境和地质特点进行合理选用即可。

但是，由于滑块6的离心力与转盘4的转动角速度有关，因此转盘4的转速持续增大后滑块6受到的离心力不断变大使其离心滑动的距离不断增大，从而使拉杆5受到的拉力不断变大，为了防止拉杆5受到的拉力过大，本发明中采用限位滑槽21和滑接部22对滑块6的最大离心滑动距离进行限定，一方面可避免拉杆5受到的拉力无限制地增大使拉杆5被拉断而导致增重过程中断和失效，另一方面也保证了梁体2受到的拉力在预期的合理范围内，避免梁体2上增加的重量超出设计荷载而产生损毁。

此外，在强对流条件下，即使水位没有上涨、流速没有加快，涡轮桨8在风力推动下仍可产生转动，从而实现梁体2的增重，达到稳定效果。

当上述紧急状态解除后，河流水位下降、流速降低、风力减弱，此时涡轮桨8的转速逐渐降低直至完全停止，滑块6受到的离心力也逐渐减小并完全消失，从而使梁体2上受到的拉杆5的拉力逐渐减小直至完全消除，桥梁恢复正常使用。

此外，在上述增重过程中，由于水流或强对流的流速不均匀，因此涡轮桨8也不是匀速转动或匀加速转动，为了使拉杆5的拉力相对均匀稳定，本发明采用超越离合器12对其转盘4进行传动，当涡轮桨8的转速增大时，转盘4的转速相应增大使拉杆5的拉力增大，当涡轮桨8的转速减小时，涡轮桨8对转盘4不产生扭矩传递，此时转盘4在其自身惯性作用下继续转动，使拉杆5上的拉力缓慢减小，避免拉杆5的拉力突然变化对桥梁的稳定效果产生影响。

本发明结构巧妙，操作简单，通过水位高度变化和流体速度变化来控制涡轮桨的转动，进而实现拉杆的拉紧，将配重块或河床的重量增加至梁体上以实现增重，且拉杆的拉力随涡轮桨的转速变化而实时变化，在紧急状态解除后拉力自动消除，不需要手动干预即可完成自动稳定和解除稳定操作，不仅有效解决了紧急情况下桥梁的稳定性问题，且有效替代了现有通过外部设备和人力进行压桥的操作方式，既极大限度地保障了桥梁的稳定性，又避免了现场操作存在的安全风险。

同时，本发明采用配重块或河床作为增重物，不需要投入其他物资和设备，节省了大量成本，且实施过程中利用了水能和风能等自然资源来驱动拉杆产生拉力，不需借助于电力、液压等常见能源，可防止水流或强对流对电缆、油路等造成破坏而导致增重过程中断或带来更大的安全风险。