一种刚度可变的桥墩防撞装置及方法
【专利摘要】本发明涉及桥梁安全防护技术领域，具体涉及一种刚度可变的桥墩防撞装置及方法。该装置包括多个由外室，内室以及内外室之间的环形室组成的封闭单元；外室内填充有磁流变弹性体；内室包括内导电压板，内绝缘纸，外导电压板，外绝缘纸，压电材料，填充材料；内导电压板内室壁间有一层内绝缘纸，外导电压板与内室壁间有一层外绝缘纸；内外导电压板之间填充有压电材料与填充材料；环形室中有线圈。本发明利用压电材料发电改变磁场强弱，从而改变磁流变弹性体的刚度，改变桥墩防撞装置的刚度，能智能化应对外界的撞击，很好的保护桥墩安全。
【专利说明】
一种刚度可变的桥墩防撞装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁安全防护技术领域，具体涉及一种刚度可变的桥墩防撞装置及方法。
【【背景技术】】
[0002]车辆船舶撞击桥墩而导致的严重事故每年都有发生，所造成的各种损失无法估量，而车船撞桥的概率并没有想象中的那么低，因此对桥墩保护装置的研究是非常必要的，关于这点也引起了越来越多相关人员的关注。
[0003]针对车辆船舶对桥墩撞击事故，国内外对防撞装置进行了多年的研究。根据设置地点的不同可以简单的分为直接构造与间接构造。直接构造防撞装置主要是使力通过缓冲后作用到桥墩上，如护舷方式、绳索变形方式、缓冲材料设施方式或浮动防撞装置等。间接构造防撞装置使力传递不到桥梁结构，避开了相撞问题。如群粧基础、人工筑岛、人工围堰等。直接构造防撞装置主要通过自身的柔性和耗能能力来削弱撞击力和减小撞击破坏程度，但如果防撞装置柔度过大，则当车辆船舶碰触防撞装置后，防撞装置的变形主要发生在相碰触的部位，其他部位起不到分散撞击力的作用。而如果防撞装置刚度过大，则无法起到很好的耗能作用，无法提供很好的防撞效果，且碰撞过程中易造成车辆船舶受损。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术的不足，提供一种刚度可变的桥墩防撞装置及方法，在车辆船舶撞击桥墩时能智能调节防撞装置的刚度，起到有效防撞效果、避免严重后果的同时减小车辆船舶所受的损害。
[0005]本发明的目的是采用如下技术方案来实现的:
[0006]—种刚度可变的桥墩防撞装置，包括多个封闭单元2，封闭单元2相互连接，围设在桥墩I周围用于桥墩防撞，封闭单元2内设置有线圈9和压电材料4，压电材料4的内外两侧分别设置有内导电板7和外导电板8，线圈9的两端分别与内导电板7和外导电板8连接，在封闭单元2内还填充有磁流变弹性体5，磁流变弹性体5设置在封闭单元2上的承撞部位，且处于线圈9的激励范围内。
[0007]所述的内导电板7和外导电板8之间填充有填充材料6，填充材料6与压电材料4相间设置，且压电材料4两侧均填充有填充材料6。
[0008]所述的封闭单元2沿径向由内向外依次包括内室14和外室13，所述的内导电板7和外导电板8设置在内室14内；所述的磁流变弹性体5填充在外室13内；外室13内还设置有环形室15，环形室15沿着外室13和内室14的交界处设置一周，所述的线圈9设置在环形室15内。
[0009]所述的封闭单元2的材质为低碳钢，外室13与内室14之间的隔板以及外室13与环形室15之间的隔板的材质均为低碳钢，封闭单元的外表面上设置有绝缘层3。
[0010]所述的内导电板7与封闭单元2之间和外导电板8与封闭单元2之间均绝缘，内导电板7与封闭单元2之间和外导电板8与封闭单元2之间分别设置有内绝缘纸10和外绝缘纸12。
[0011]所述的内导电板7和外导电板8均为铜板，压电材料4为压电陶瓷、压电聚合物或复合压电材料，线圈9为漆包铜线绕制而成的线圈。
[0012]所述的填充材料6为橡胶、合成橡胶或复合弹性材料。
[0013]—种桥墩防撞方法，当封闭单元2受到撞击时，使压电材料4受到压力并发电，压电材料发出的电使线圈9产生磁场，该磁场激励磁流变弹性体5，使磁流变弹性体的刚度发生变化，该磁场强度越强，磁流变弹性体5的刚度越大，该磁场强度越弱，磁流变弹性体5的刚度越小。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]本发明的防撞装置通过在封闭单元内设置压电材料，压电材料与内导电板和外导电板分别连接，内导电板与外导电板分别与线圈的两端连接，当车辆船舶碰触封闭单元时与封闭单元上的承撞部位接触，产生的撞击压力传递给压电材料，压电材料发生变形产生电，压电材料产生的电通过导电板传输给线圈，通电的线圈产生磁场，该磁场激励磁流变弹性体，使磁流变弹性体的刚度发生变化。如果撞击力变大，则压电材料所受的压力也变大，产生的电压随之变大，进而线圈产生的磁场强度也变大，使得磁流变弹性体的刚度变大，反之则磁流变弹性体的刚度变小。撞击力的变化使防撞装置的刚度具有自动调节能力，使防撞装置更加智能化，在碰撞时能很好地吸收碰撞能量，能对桥墩起到有效的保护效果，同时能减小碰撞发生时对车辆船舶及人员的伤害，更加人性化。
[0016]本发明利用压电材料发电改变磁场强弱，从而改变磁流变弹性体的刚度，改变桥墩防撞装置的刚度，能智能化应对外界的撞击，很好的保护桥墩安全。
【【附图说明】】
[0017]图1为本发明的刚度可变的桥墩防撞装置纵剖面结构示意图；
[0018]图2为图1的A处局部放大示意图；
[0019]图3为本发明的刚度可变的桥墩防撞装置横截面结构示意图；
[0020]图4为本发明的刚度可变的桥墩防撞装置单个封闭单元组成示意图，其中图4(a)为侧视图，图4(b)为俯视图。
[0021 ]其中:1-桥墩，2-封闭单元，3-绝缘层，4-压电材料，5-磁流变弹性体，6_填充材料，7-内导电压板，8-外导电压板，9-线圈，10-内绝缘纸，11-接线槽，12-外绝缘纸，13-外室，14-内室，15-环形室。
【【具体实施方式】】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意的方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。在各个附图中，相同的构件采用类似的附图标记来表示，具体尺寸可以根据具体实施工程拟定。
[0023]如图1?图4所示，本发明提供了一种可变刚度的桥墩防撞装置，包括多个封闭单元2，封闭单元2由外室13，内室14以及内外室之间的环形室15组成。封闭单元2的外表面覆盖一层绝缘层3。外室13内填充有磁流变弹性体5。内室14内包括内导电压板7，内绝缘纸1，外导电压板8，外绝缘纸12，压电材料4，填充材料6。内导电压板7与内室壁间有一层内绝缘纸1，外导电压板8与内室壁间有一层外绝缘纸12。内外导电压板(7，8)之间填充有压电材料4与填充材料6。压电材料4与填充材料6相间设置，压电材料4的两侧均有填充材料6。环形室15中有线圈9，封闭单元上开设有接线槽11，线圈9的两端通过接线槽11分别与内导电压板7、外导电压板8连接。
[0024]本发明的可变刚度的桥墩防撞装置的封闭单元2为低碳钢材料，且各个室(13，14，15)之间的隔板亦为低碳钢材料;压电材料4为压电陶瓷、压电聚合物或复合压电材料中的一种;磁流变弹性体5由硅橡胶、硅油、羰基铁粉、铁颗粒或由聚氨酯橡胶、硅橡胶、羰基铁粉、铁颗粒中的一种方法制备;填充材料6为橡胶、合成橡胶或复合弹性材料中的一种；内外导电压板为铜板;线圈9由漆包铜导线绕制而成。
[0025]将本发明的装置安装在待防护桥墩的防撞位置，当车辆船舶碰触封闭单元2时，触碰产生的压力传递给压电材料4，压电材料4通过形变发处的电通过线圈9，通电的线圈9产生磁场，该磁场激励磁流变弹性体5，使磁流变弹性体5的刚度发生变化。如果撞击力变大则压电材料4所受的压力也变大，产生的电压随之变化，进而通电线圈9产生的磁场强度也变化，引起磁流变弹性体5的刚度变大，反之则磁流变弹性体5的刚度变小。
[0026]本发明的有益效果是:当车辆船舶碰触封闭单元时产生压力传递给压电材料，压电材料形变发电通过线圈，通电的线圈产生磁场激励磁流变弹性体，使磁流变弹性体的刚度发生变化。如果撞击力变大则压电材料所受的压力也变大，产生的电压随之变化，进而通电线圈产生的磁场强度也变化，引起磁流变弹性体的刚度变大，反之则磁流变弹性体的刚度变小。该过程使防撞装置的刚度具有自动调节能力，使防撞装置更加智能化，在碰撞时能很好地吸收碰撞能量，能对桥墩起到有效的保护效果，同时能减小碰撞发生时对车辆船舶及人员的伤害，更加人性化。
[0027]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，本领域的相关技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改或变形都视为对本发明的等同替换，仍在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，包括多个封闭单元(2)，封闭单元(2)相互连接，围设在桥墩(I)周围用于桥墩防撞，封闭单元(2)内设置有线圈(9)和压电材料(4)，压电材料(4)的内外两侧分别设置有内导电板(7)和外导电板(8)，线圈(9)的两端分别与内导电板(7)和外导电板(8)连接，在封闭单元(2)内还填充有磁流变弹性体(5)，磁流变弹性体(5)设置在封闭单元(2)上的承撞部位，且处于线圈(9)的激励范围内。2.根据权利要求1所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的内导电板(7)和外导电板(8)之间填充有填充材料(6)，填充材料(6)与压电材料(4)相间设置，且压电材料(4)两侧均填充有填充材料(6)。3.根据权利要求1所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的封闭单元(2)沿径向由内向外依次包括内室(14)和外室(13)，所述的内导电板(7)和外导电板(8)设置在内室(14)内；所述的磁流变弹性体(5)填充在外室(13)内；外室(13)内还设置有环形室(15)，环形室(15)沿着外室(13)和内室(14)的交界处设置一周，所述的线圈(9)设置在环形室(15)内。4.根据权利要求3所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的封闭单元(2)的材质为低碳钢，外室(13)与内室(14)之间的隔板以及外室(13)与环形室(15)之间的隔板的材质均为低碳钢，封闭单元的外表面上设置有绝缘层(3)。5.根据权利要求1所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的内导电板(7)与封闭单元(2)之间和外导电板(8)与封闭单元(2)之间均绝缘，内导电板(7)与封闭单元(2)之间和外导电板(8)与封闭单元(2)之间分别设置有内绝缘纸(10)和外绝缘纸(12)。6.根据权利要求1所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的内导电板(7)和外导电板(8)均为铜板，压电材料(4)为压电陶瓷、压电聚合物或复合压电材料，线圈(9)为漆包铜线绕制而成的线圈。7.根据权利要求2所述的一种刚度可变的桥墩防撞装置，其特征在于，所述的填充材料(6)为橡胶、合成橡胶或复合弹性材料。8.—种基于权利要求1的装置的一种桥墩防撞方法，其特征在于，当封闭单元(2)受到撞击时，使压电材料(4)受到压力并发电，压电材料发出的电使线圈(9)产生磁场，该磁场激励磁流变弹性体(5)，使磁流变弹性体的刚度发生变化，该磁场强度越强，磁流变弹性体(5)的刚度越大，该磁场强度越弱，磁流变弹性体(5)的刚度越小。
【文档编号】E02B3/26GK106032661SQ201610334126
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】吴昊
【申请人】长安大学