可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构及装配、预警方法与流程

1.本发明涉及可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构及装配、预警方法。属于土木工程、航道桥梁防护技术领域。


背景技术：

2.随着交通运输业的迅速发展，船舶航线越来越密集，跨江跨海大桥数量也逐年上升，这些变化在促进人们生产生活的同时，船桥碰撞的概率也极大增加。作为两种水上结构物，船舶和桥梁一旦发生碰撞事故，可能造成巨大的经济损失或人员伤亡。因此，桥梁的防撞措施尤为重要，采用预制拼装式防撞单元便是其中一种，而拼接结构则是衡量该防撞单元工作性能好坏的关键指标，引起了人们的大量关注。中国专利cn207904832u公开了一种复合材料桥梁防撞装置的拼接结构，该装置虽然拆装方便，却抵御不了江水或海水等恶劣环境的腐蚀，中国专利cn203307756u公开了一种链条拼接式缓冲吸能型大桥防撞装置，该装置外壳采用树脂基纤维增强复合材料或高分子塑料，耐腐蚀性强，但上述专利不能实时监测结构工作性能是否正常，也不能在结构损坏时自动预警，在工程应用中存在一定缺陷。


技术实现要素：

3.本发明提供了可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构及装配、预警方法，该装置的报警系统能对拼接结构和防撞单元的工作性能实时监测并自动预警，有助于维护桥墩防撞设施和增强桥梁结构安全；它适用于不同厚度及高度防撞单元，且防水防锈，施工方便、应用范围广、耐久性好。
4.本发明采用如下技术方案：
5.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，包括第一拼接板，第二拼接板；所述的第一拼接板为若干块；第一拼接板位于相邻的桥墩防撞单元之间，若干块所述的第一拼接板上、下、左、右相互拼接将桥墩防撞单元形成拼接结构；
6.所述的第一拼接板的上端缘设有凹槽，第一拼接板的下端缘设有向外延伸的凸块，所述的第一拼接板的凸块嵌置在上下相邻的第一拼接板凹槽内；上、下相邻的两块第一拼接板的交接处通过连接螺杆相连接；左、右相邻的两块第一拼接板的交接处通过栓钉相互错位相连；第二拼接板位于第一拼接板的侧缘，第二拼接板垂直于第一拼接板且位于桥墩防撞单元的外侧壁；第二拼接板通过栓钉与桥墩防撞单元相连；所述的第二拼接板上设有报警系统；
7.左、右相互拼接第一拼接板的延展长度与桥墩防撞单元的厚度相适配；该桥墩防撞单元为固定式桥墩防撞单元或自浮式桥墩防撞单元。
8.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，所述左、右相互拼接第一拼接板为单板结构或“三段”式拼接结构或“五段”式拼接结构；根据桥墩防撞单元的厚度通过单板结构或“三段”式拼接结构或“五段”式拼接结构进行适配。
9.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，还包括夹具，底座，支撑杆；
所述的底座上设有支撑杆，底座固定在第一拼接板侧缘，支撑杆与第二拼接板相平行且成列排列；支撑杆上设有夹具，夹具垂直布置在第二拼接板上。
10.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，报警系统包括警报器、激光发射器、激光接收器、薄片压力传感器、信号处理器与微型蓄电池；所述的警报器、信号处理器与微型蓄电池布置在第二拼接板的外侧壁；薄片压力传感器布置在第二拼接板的内侧壁；支撑杆上布置激光发射器及激光接收器；激光发射器、激光接收器、薄片压力传感器分别与信号处理器的信号接收端相连；信号处理器的信号输出端与警报器相连；微型蓄电池为警报器、激光发射器、激光接收器、薄片压力传感器及信号处理器供电。
11.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，所述的第二拼接板上设有若干个预留孔洞；薄片压力传感器的导线穿过预留孔洞与信号处理器相连。
12.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，所述第一拼接板的侧缘设有供第二拼接板穿插的孔洞；所述的第二拼接板成“h”形；第二拼接板的中部位于拼接板穿插的孔洞内。
13.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，所述的第一拼接板，第二拼接板的外表面设有碳纤维增强复合材料，碳纤维增强复合材料的外表面设有环氧树脂胶；所述的第一拼接板，第二拼接板由高强度钢材制成。
14.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，所述的报警系统中警报器外表面设有环氧树脂胶。
15.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构的装配方法，装配方法如下：
16.步骤一、根据桥墩防撞单元厚度，将第一拼接板进行“一段”式、“三段”式或“五段”式连接，根据桥墩防撞单元高度，第一拼接板进行多段连接；
17.步骤二、在第一拼接板的侧缘孔洞中插入第二拼接板，并用底座和栓钉将支撑杆固定在第一拼接板指定位置处，夹具固定在支撑杆上且夹持于第二拼接板上；
18.步骤三、在支撑杆上安装激光发射器、接收器，第二拼接板内侧贴上薄片压力传感器；
19.步骤四、将第一拼接板放入桥墩防撞单元，确保“一段”式、“三段”式或“五段”式的第一拼接板两侧的第二拼接板均位于桥墩防撞单元的两侧；调试并运行报警系统即可。
20.本发明所述的可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构的预警方法，预警步骤如下
21.步骤一、对于任意一块第二拼接板一侧的防撞单元，薄片压力传感器测得两个拼接结构压应力，分别为σ1和σ2，当拼接结构最大挤压应力σ＝max{σ1,σ2}≥[σ]时，警报器响并发出红光，表明该拼接结构已损坏需要更换，其中[σ]表示结构容许挤压应力，σ表示拼接结构最大挤压应力；
[0022]
步骤二、光发射器和接收器测得任意一个防撞单元的实时形变量
△
l＝l0‑
l1,
[0023]
l0和l1分别为桥墩防撞单元的初始及实时厚度，进而由信号处理器得出桥墩防撞单元的实时应变如下：
[0024][0025]
当0≤ε<ε
e
时，警报器无反应，防撞单元正常工作，ε
e
为弹性极限应变；
[0026]
步骤三、基于步骤二实时应变中，当ε
e
≤ε<ε
p
时，警报器响并发出蓝光，表明该防撞
单元要维修后使用，ε
p
为塑性极限应变；
[0027]
步骤四、基于步骤二实时应变中当ε≥ε
p
时，警报器响并发出黄光，表明该防撞单元已损坏需要更换。
[0028]
有益效果
[0029]
本发明能够对拼接结构和防撞单元的工作性能实时监测并自动预警，有助于维护桥墩防撞设施和增强桥梁结构安全。
[0030]
本发明通过调整第一拼接板，可用于不同厚度和高度的桥墩防撞单元，并能更换任意损坏防撞体，施工方便且应用范围广。
[0031]
本发明部件外表面涂有碳纤维增强复合材料(cfrp)和环氧树脂胶，防锈防水，耐久性好，还增强了拼接结构及防撞单元的抗冲击能力。
附图说明
[0032]
图1为本发明的结构示意图；
[0033]
图2为本发明的拼接单元结构示意图；
[0034]
图3为本发明图2中a处局部放大视图；
[0035]
图4为本发明的第二拼接板构造图；
[0036]
图5a为本发明的第一拼接板三段连接示意图；
[0037]
图5b为本发明的第一拼接板五段连接示意图；
[0038]
图6为本发明的电路工作原理图；
[0039]
图7为本发明的预警系统工作流程图。
[0040]
图中：1
‑
桥墩防撞单元、2
‑
第一拼接板、3
‑
第二拼接板、4
‑
连接螺杆、5
‑
栓钉、6
‑
警报器、7
‑
激光发射器、8
‑
激光接收器、9
‑
夹具、10
‑
底座、11
‑
支撑杆、12
‑
预留孔洞、13
‑
信号处理器、14
‑
微型蓄电池、15
‑
薄片压力传感器、16
‑
栓钉帽。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
如图1所示：一种可自动预警的桥墩防撞单元拼接结构，该拼接结构包括拼接系统和报警系统。拼接系统包括第一拼接板2、第二拼接板3、连接螺杆4、栓钉5，所述第二拼接板3插入第一拼接板2，并通过夹具9固定形成拼接单元，拼接单元间装有连接螺杆4进行固定，防撞单元通过拼接单元上的栓钉5相连；所述报警系统包括警报器6、激光发射器7、激光接收器8、薄片压力传感器15、信号处理器13和微型蓄电池14，各部件通过导线连接，所述警报器6、信号处理器13和微型蓄电池14在第二拼接板3外表面，薄片压力传感器15在第二拼接板3内表面，激光发射器7和接收器8设在支撑杆11端部上边缘，支撑杆11与底座10相连，并通过栓钉5固定在第一拼接板2上。
[0043]
如图2和3所示：第一拼接板2和第二拼接板3均由高强度钢材制成，其表面均涂有碳纤维增强复合材料(cfrp)和环氧树脂胶(警报器6仅涂环氧树脂胶)，第二拼接板3对称插
入第一拼接板2两侧(沿厚度多段连接时为最边缘两侧)，并向桥墩防撞单元1正反面打入栓钉5实现有效连接。支撑杆11一端通过底座10和栓钉5固定在第一拼接板2上，另一端上边缘设有激光发射器7和接收器8，夹具9到达第二拼接板3指定位置处后，旋紧栓钉5将其固定在支撑杆11上。
[0044]
如图4所示：警报器6、信号处理器13和微型蓄电池14通过导线穿过预留孔洞12与薄片压力传感器15相连，形成拼接结构压应力工作电路。
[0045]
如图5a和5b所示：第一拼接板2通过栓钉5进行“三段”和“五段”连接，可满足不同厚度防撞单元1的使用需求；确定宽度的第一拼接板2采用连接螺杆4进行多块固定，可满足不同高度防撞单元1的使用需求。
[0046]
如图6所示：微型蓄电池14、激光发射器7、激光接收器8、信号处理器13和警报器6组成防撞单元1压应变工作电路，工作时警报器6会显示蓝、黄两种状态指示灯光；微型蓄电池14、薄片压力传感器15、信号处理器13和警报器6组成拼接结构压应力工作电路，工作时警报器6会显示红色状态指示灯光。
[0047]
如图7所示：对于任意一块第二拼接板3一侧的防撞单元1，薄片压力传感器15测得两个拼接结构压应力，分别为σ1和σ2，当σ＝max{σ1,σ2}≥[σ](拼接结构容许压应力)时，警报器6响并发出红光，表明该拼接结构已损坏需要更换。激光发射器7和接收器8测得任意一个防撞单元1的实时形变量
△
l＝l0‑
l1,l0和l1分别为防撞单元1的初始及实时厚度，进而由信号处理器13得出防撞单元1的实时应变当0≤ε<ε
e
时，警报器6无反应，防撞单元1正常工作；当ε
e
≤ε<ε
p
时，警报器6响并发出蓝光，表明该防撞单元1需要维修后使用；当ε≥ε
p
时，警报器6响并发出黄光，表明该防撞单元1已损坏需要更换；ε
e
为弹性极限应变，ε
p
为塑性极限应变。
[0048]
本发明能够对拼接结构和防撞单元的工作性能实时监测并自动预警，有助于维护桥墩防撞设施和增强桥梁结构安全；它适用于不同厚度及高度防撞单元，并可更换任意损坏防撞体，施工方便且应用范围广；它还能防水防锈，耐久性好
[0049]
以上所述仅是本发明的优选实施方案，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，但这些改进和润饰也应属于本发明的保护范围。