專利名稱：浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能防撞組合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是水中橋梁的防護(hù)結(jié)構(gòu)，具體地說是一 種浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能防撞組合裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，大量跨海、跨江橋梁不斷興 建。對(duì)于跨越航道的橋梁，不可避免地要承擔(dān)著船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。這類事件 往往引起橋梁結(jié)構(gòu)、使用壽命、安全性及抗震能力的損失，嚴(yán)重的更會(huì)造成 橋毀人亡等災(zāi)難性后果，重建橋梁和疏通航道的費(fèi)用也十分驚人?，F(xiàn)有的通 航橋梁防撞裝置多采用在橋墩外圍套上鋼套箱，防撞鋼套箱的主要功能是在 船舶撞擊時(shí)，設(shè)施破損消能，減少對(duì)橋墩的碰撞力，同時(shí)減少船舶破損長(zhǎng)度， 避免船舶前伸部分觸及橋墩上部結(jié)構(gòu)，并保護(hù)樁基。
鋼套箱一個(gè)最顯著的問題是其在具有腐蝕環(huán)境的海洋和近海、通航河流 中耐久性會(huì)大大縮減，使用壽命有限。在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)和高應(yīng)力的共同作用下， 鋼套箱很快生銹、斷裂，最終導(dǎo)致防撞裝置失效。鋼套箱的尺寸根據(jù)防撞等 級(jí)、橋墩尺寸確定，對(duì)于通航等級(jí)高的特大橋，鋼套箱體積也很龐大，鋼套 箱多采用分體型式，比如分成前后左右四個(gè)半體，但吊裝重量依然不小，如 果拆分過細(xì)，各部分鋼套箱的連接處需特別處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的橋梁防撞鋼套箱存在的重量大、耐腐蝕能力 差、維修更換不便的問題，設(shè)計(jì)一種利用復(fù)合材料制造的重量輕、耐腐蝕性 好、重量輕、更換方便的浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能防撞裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能組合防撞裝置，其特征是它至少包括一圈 沿橋墩布置的內(nèi)層防撞圈16，該內(nèi)層防撞圈16由若干個(gè)沿橋燉周向布置的復(fù)合材料格構(gòu)套箱17組成，所述的格構(gòu)套箱17的格構(gòu)層14中填充有緩沖材 料12，格構(gòu)套箱17的箱體中安裝有復(fù)合材料斜向支撐9;各復(fù)合材料格構(gòu)套 箱17通過沿橋墩長(zhǎng)度方向的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6及沿橋墩寬度方向的橫 向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7連接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，所述的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋 6和橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7均通過錨頭10錨固在格構(gòu)套箱17上，每個(gè)格 構(gòu)套箱17的上、下表面上均預(yù)埋有與相鄰格構(gòu)套箱17相連的預(yù)埋件11;所 述的組成內(nèi)層防撞圈16的部分或全部格構(gòu)套箱17連接有與橋墩1上的溝槽 相配的滑輪13;在相鄰的格構(gòu)套箱17的接縫處均設(shè)置有密封體；在格構(gòu)套 ，箱17接觸水的一面上設(shè)有消浪孔15。
本發(fā)明的防撞裝置可以根據(jù)實(shí)際需要，沿著橋墩高度設(shè)置多層內(nèi)防撞圈 16，上、下層內(nèi)防撞圈16的格構(gòu)套箱17之間通過豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8 相連，豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8通過錨頭10錨固在格構(gòu)套箱17上。
本發(fā)明的防撞裝置可由單層或多層內(nèi)防撞圈16及相應(yīng)層數(shù)的外防撞圈 18組成，各格構(gòu)套箱17之間通過縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6和橫向復(fù)合材料 預(yù)應(yīng)力筋7及豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8相連，各復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6和橫向 復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7及豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8通過錨頭10錨固在格構(gòu)套箱 17上，此時(shí)，所述的消浪孔15位于組成最外層防撞圈18的格構(gòu)套箱17的 表面，且所述的外層的格構(gòu)套箱17的迎水面呈弧形結(jié)構(gòu)或帶有倒角的矩形結(jié) 構(gòu)。
所述的相鄰格構(gòu)套箱17接縫處的密封體為環(huán)氧樹脂密封膠和膠粘的復(fù) 合材料布4。
所述的預(yù)埋件11和錨頭IO的表面涂覆有環(huán)氧密封膠并覆蓋有復(fù)合材料布4。
本發(fā)明的最基本的單元由復(fù)合材料拉擠成型，形成一個(gè)個(gè)由內(nèi)、外圍壁， 支撐架組成的小型格構(gòu)套箱結(jié)構(gòu)，通過復(fù)合材料高強(qiáng)筋后張法在豎向、橫向 和縱向連成整體。如果防撞要求高，還可以在內(nèi)層箱體外掛新箱體，新箱體 之間通過復(fù)合材料高強(qiáng)筋連接，新箱體和內(nèi)箱體通過預(yù)埋鋼板連接，每一道 接縫外均外包一層復(fù)合材料布，以保護(hù)預(yù)埋件和接縫免受有害物質(zhì)侵蝕。拉擠成型的格構(gòu)復(fù)合材料骨架內(nèi)填充緩沖吸能材料，每個(gè)箱體內(nèi)均設(shè)置斜向支 撐，以加強(qiáng)箱體的減振吸能作用，并提高整體剛度。最外層套箱與河水或海
水接觸的表面設(shè)置有多個(gè)消浪通 L，在橋墩施工時(shí)，在外側(cè)先預(yù)留豎向溝槽， 防撞箱體通過滾輪組件與橋墩塔柱表面接觸，形成可隨水位上下浮動(dòng)的浮式 消浪防撞裝置。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述套箱組合結(jié)構(gòu)的截面形式可以根據(jù)現(xiàn)有橋 墩的截面形式和防撞等級(jí)變換，如果發(fā)生碰撞，只需修復(fù)受損的小套箱。
本發(fā)明的有益效果
1. 本發(fā)明利用拉擠成型的混雜復(fù)合材料格構(gòu)箱體作為橋墩的防撞套箱， 在套箱格構(gòu)層內(nèi)填充緩沖材料，利用套箱結(jié)構(gòu)及緩沖材料自身恢復(fù)彈性變形 的能力轉(zhuǎn)化并釋放撞擊能量，可以延長(zhǎng)撞擊時(shí)間，從而減小撞擊力，達(dá)到保 護(hù)船艦及橋梁的作用，而且避免了鋼套箱在海水環(huán)境中易腐蝕的缺點(diǎn)；
2. 不同種類的纖維增強(qiáng)材料混雜編織成的復(fù)合材料，不僅充分利用了各 種纖維材料的受力性能，而且能減小造價(jià)，有利于該裝置取代傳統(tǒng)鋼套箱在 實(shí)際工程廣泛應(yīng)用；
3. 每個(gè)小套箱可以在工廠預(yù)制，到現(xiàn)場(chǎng)通過高強(qiáng)復(fù)合材料筋和預(yù)埋件拼 裝成整體，并在接縫、錨頭、連接件外包復(fù)合材料布，既提高了整體性又保 護(hù)了連接處免受環(huán)境侵蝕。這種防撞裝置具有安裝方便、施工工期短、安全 風(fēng)險(xiǎn)小、施工質(zhì)量更有保障等優(yōu)點(diǎn)；
4. 防撞套箱可根據(jù)防撞等級(jí)和橋墩形狀安裝，船-橋碰撞后只需修復(fù)或 更換損壞的小箱體，大大縮短了維修時(shí)間和維修成本。
5. 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于腐蝕環(huán)境的海洋和近海、通航河流中橋墩防撞， 它比傳統(tǒng)鋼套箱具有更好的抗沖擊能力和耐久性，對(duì)橋墩防撞起到更好的保 護(hù)作用，而且質(zhì)量輕巧，安裝、修復(fù)都很方便，能夠節(jié)約材料，縮短施工工 期。


圖1是安裝了本發(fā)明的防撞裝置的橋墩側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是安裝了本發(fā)明的防撞裝置的橋墩的俯視圖。圖3是圖2的I-I剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 如圖1-3所示。
圖1-3中1——橋墩；2——承臺(tái)；3——樁基；4——外包復(fù)合材料布; 5——箱體間的接縫；6——縱向復(fù)合材料筋；7——橫向復(fù)合材料筋；8—— 豎向復(fù)合材料筋；9——復(fù)合材料斜向支撐；10——錨頭；11——預(yù)埋件；12 ——緩沖材料；13——滾輪；14——復(fù)合材料格構(gòu)層；15——消浪孔；16— 一內(nèi)層防撞圈；17——格構(gòu)套箱；18——外層防撞圈。 -
一種浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能防撞裝置，它至少包括一圈沿橋墩布置的
內(nèi)層防撞圈16，還可根據(jù)實(shí)際需要采用附圖所示的有內(nèi)外、上下多層多圈格 構(gòu)箱體組成的結(jié)構(gòu)，其中作為最基本結(jié)構(gòu)的內(nèi)層防撞圈16由若干個(gè)沿橋墩周 向布置的復(fù)合材料格構(gòu)套箱17組成，所述的格構(gòu)套箱17的格構(gòu)層14中填充 有緩沖材料12，格構(gòu)套箱17的箱體中安裝有復(fù)合材料斜向支撐9;各復(fù)合材 料格構(gòu)套箱17通過沿橋墩長(zhǎng)度方向的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6及沿橋墩寬度 方向的橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7連接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，在外圈(多圈結(jié)構(gòu)時(shí) 僅需外圈設(shè)置錨頭，而內(nèi)圈可不設(shè)置，在只有一圈時(shí)只該圈即為外圈，因此 必須設(shè)置錨頭)格構(gòu)套箱17的側(cè)面設(shè)有與復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6或橫向復(fù)合材 料預(yù)應(yīng)力筋7相連的錨頭10，如圖2所示，每個(gè)格構(gòu)套箱17的上、下表面 上均預(yù)埋有與相鄰格構(gòu)套箱17相連的預(yù)埋件11，預(yù)埋件11連接好后應(yīng)在其 表面涂覆環(huán)氧密封膠并覆蓋復(fù)合材料布4以提高耐腐蝕性能；所述的組成內(nèi) 層防撞圈16的部分或全部格構(gòu)套箱17連接有與橋墩1上的溝槽相配的滑輪 13;在相鄰的格構(gòu)套箱17的接縫處均設(shè)置有密封體(可采用耐腐蝕性好的環(huán) 氧類樹脂作為密封膠，也可采用包覆耐腐蝕材料布的方法進(jìn)行密封，耐腐蝕 材料布可采用復(fù)合材料布14粘結(jié)在需要密封的位置處);在格構(gòu)套箱17接觸 水的一面上設(shè)有消浪孔15，如圖1所示。當(dāng)采用上下多層內(nèi)層防撞圈16結(jié) 構(gòu)時(shí)，上、下多層防撞圈16之間還應(yīng)增設(shè)豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8進(jìn)行連接， 如圖3所示，豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8與組成上、下層防撞圈16的格構(gòu)套箱n側(cè)面的錨頭io相連，錨頭io上也應(yīng)該采用耐腐蝕性好的環(huán)氧類樹脂進(jìn)行 密封或粘結(jié)復(fù)合材料布14。本發(fā)明的錨頭io可預(yù)設(shè)在部分或全部需要連接 的格構(gòu)套箱n的表面，也可在施工時(shí)再連接到格構(gòu)套箱17上。
對(duì)于防撞等級(jí)高的橋梁，橋墩的防撞裝置可由上下多層(圖3中為2層) 內(nèi)層防撞圈16及上下多層外層防撞圈18 (具體實(shí)施時(shí)外層防撞圈18還可有 第三圈、第四圈等等結(jié)構(gòu)，可以是一層，也可是二層或三層以上的結(jié)構(gòu)，還 可采用在易受撞擊面采用多層多圈結(jié)構(gòu)，而在相對(duì)不易受到重力撞擊的面采 用單層、單圈或多層單圈結(jié)構(gòu))組成，各格構(gòu)套箱17的縱向、橫向及豎向可 通過前述的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6或橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7及豎向復(fù)合 材料預(yù)應(yīng)力筋8相連，縱向-復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋6或橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7 及豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8通過錨頭10錨固在格構(gòu)箱體17上，此時(shí)，所述 的消浪孔15應(yīng)位于組成最外層防撞圈18的格構(gòu)套箱17的表面，且所述的外 層的格構(gòu)套箱17的迎水表面呈弧形結(jié)構(gòu)或帶有倒角的矩形面結(jié)構(gòu)。每個(gè)格構(gòu) 套箱17的外形可以相同也可不同，尤其是在轉(zhuǎn)角處的格構(gòu)套箱17的表狀可 能需要根據(jù)轉(zhuǎn)角的需要進(jìn)行外形上的變通，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是 顯而易見的。
具體地說
本發(fā)明的每一個(gè)防撞用的格構(gòu)套箱17由復(fù)合材料利用現(xiàn)有技術(shù)拉擠成 型，形成由內(nèi)外圍壁和甲板組成的格構(gòu)套箱結(jié)構(gòu)；格構(gòu)層14內(nèi)填充緩沖材料 12，對(duì)碰撞沖擊具有緩沖吸能作用。每一個(gè)防撞格構(gòu)套箱17內(nèi)均設(shè)置交叉斜 向支撐9，斜向支撐9由復(fù)合材料管內(nèi)填充緩沖材料組成，不僅增加格構(gòu)套 箱17的整體性，而且進(jìn)一步提高箱體的減振吸能作用。每一個(gè)格構(gòu)套箱預(yù)制 好后，每圈箱體通過縱向復(fù)合材料筋6和橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋7連接，上、 下層箱體通過豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋8連接，外層和內(nèi)層箱體除了用復(fù)合材 料預(yù)應(yīng)力筋連接，還在內(nèi)外箱體上、下表面預(yù)埋了鋼板ll，通過搭焊將內(nèi)外 箱體連接在一起。所有的復(fù)合材料筋均用錨頭IO錨固在箱體外表面。為了保 護(hù)預(yù)埋件和錨頭，所有接合縫和錨頭外均包了一層復(fù)合材料布4。橋墩1外 側(cè)沿豎向預(yù)留凹槽，內(nèi)箱體安裝有多個(gè)滾輪組件13，通過滾輪和橋墩接觸， 并可水位變化上下浮動(dòng)，圖1中上部是本發(fā)明的防撞裝置在高水位時(shí)的位置， 下部下本發(fā)明的防撞裝置在低水位的位置，其下降的最低位置受到承臺(tái)2的限制。套箱外表面設(shè)置有多個(gè)消浪孔15,可有效減小波浪對(duì)箱體的沖擊。
具體實(shí)施時(shí)制備格構(gòu)箱體及加強(qiáng)筋的復(fù)合材料可選用纖維增強(qiáng)材料，可 以是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和玄武纖維等雙向混雜編織拉擠而成，纖 維的水平夾角可以是45° ~60°之間。緩沖材料可以是具有減震、隔振作用 的聚氨酯、輕質(zhì)木材、泡沫鋁、毛竹以及人造橡膠等材料。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能組合防撞裝置，其特征是它至少包括一圈沿橋墩布置的內(nèi)層防撞圈(16)，該內(nèi)層防撞圈(16)由若干個(gè)沿橋墩周向布置的復(fù)合材料格構(gòu)套箱(17)組成，所述的格構(gòu)套箱(17)的格構(gòu)層(14)中填充有緩沖材料(12)，格構(gòu)套箱(17)的箱體中安裝有復(fù)合材料斜向支撐(9)；各復(fù)合材料格構(gòu)套箱(17)通過沿橋墩長(zhǎng)度方向的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(6)及沿橋墩寬度方向的橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(7)連接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，所述的縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(6)和橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(7)均通過錨頭(10)錨固在格構(gòu)套箱(17)上，每個(gè)格構(gòu)套箱(17)的上、下表面上均預(yù)埋有與相鄰格構(gòu)套箱(17)相連的預(yù)埋件(11)；所述的組成內(nèi)層防撞圈(16)的部分或全部格構(gòu)套箱(17)連接有與橋墩(1)上的溝槽相配的滑輪(13)；在相鄰的格構(gòu)套箱(17)的接縫處均設(shè)置有密封體；在格構(gòu)套箱(17)接觸水的一面上設(shè)有消浪孔(15)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防撞裝置，其特征是它可以根據(jù)實(shí)際需要，沿著橋 墩高度設(shè)置多層內(nèi)防撞圈(16)，上、下層內(nèi)防撞圈(16)的格構(gòu)套箱(17) 之間通過豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(8)相連，豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(8)通 過錨頭(10)錨固在格構(gòu)套箱(17)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防撞裝置，其特征是它由單層或多層內(nèi)防撞圈 (16)及相應(yīng)層數(shù)的外防撞圈(18)組成，各格構(gòu)套箱(17)之間通過縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(6)和橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(7)及豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng) 力筋(8)相連，各復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(6)和橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(7)及 豎向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(8)通過錨頭(10)錨固在格構(gòu)套箱(17)上，此時(shí)， 所述的消浪孔(15)位于組成最外層防撞圈(18)的格構(gòu)套箱(17)的表面， 且所述的外層的格構(gòu)套箱(17)的迎水面呈弧形結(jié)構(gòu)或帶有倒角的矩形結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防撞裝置，其特征是所述的相鄰格構(gòu)套箱(17)接 縫處的密封體為環(huán)氧樹脂密封膠和膠粘的復(fù)合材料布(4)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防撞裝置，其特征是所述的預(yù)埋件(11)和錨頭(10) 的表面涂覆有環(huán)氧密封膠并覆蓋有復(fù)合材料布(4)。
全文摘要
一種浮動(dòng)式復(fù)合材料橋墩消能防撞裝置，其特征是它至少包括一圈沿橋墩布置的內(nèi)層防撞圈(16)，該內(nèi)層防撞圈(16)由若干個(gè)沿橋墩周向布置的復(fù)合材料格構(gòu)套箱(17)組成，各復(fù)合材料格構(gòu)套箱(17)通過縱向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(6)及橫向復(fù)合材料預(yù)應(yīng)力筋(7)連接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，在每個(gè)格構(gòu)套箱(17)的側(cè)面均設(shè)有錨頭(10)，每個(gè)格構(gòu)套箱(17)的上、下表面上均預(yù)埋有與相鄰格構(gòu)套箱(17)相連的預(yù)埋件(11)；所述的組成內(nèi)層防撞圈(16)的部分或全部格構(gòu)套箱(17)連接有與滑輪(13)；在相鄰的格構(gòu)套箱(17)的接縫處均設(shè)置有密封體；在格構(gòu)套箱(17)接觸水的一面上設(shè)有消浪孔(15)。本發(fā)明比傳統(tǒng)鋼套箱具有更好的抗沖擊能力和耐久性，質(zhì)量輕巧，安裝、修復(fù)都很方便，能夠節(jié)約材料，縮短施工工期。
文檔編號(hào)E02B3/20GK101538828SQ200910026358
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者劉偉慶, 海 方, 俊 王 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)