本發(fā)明涉及一種預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒，適用于橋墩在船舶撞擊下的安全防護(hù)。

背景技術(shù)：

在航運(yùn)交通快速發(fā)展的同時(shí)，航道橋梁遭受船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)也在增加，以往船橋碰撞事故往往造成巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡，因此橋梁防船撞問題已經(jīng)成為一個(gè)重要研究課題。

為降低船舶撞擊橋梁事故造成的損失，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程設(shè)計(jì)人員對(duì)防撞裝置開展了大量的研究。直接型防撞裝置因?qū)拥烙绊懴鄬?duì)較小,工程造價(jià)較低,目前已得到廣泛的應(yīng)用。

目前已提出的直接型防撞裝置主要分為4類：防撞護(hù)舷、鋼箱、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防撞結(jié)構(gòu)、鋼箱與緩沖耗能材料的組合結(jié)構(gòu)。

常見的防撞護(hù)舷主要包括橡膠護(hù)舷和復(fù)合材料護(hù)舷，橡膠護(hù)舷依靠其彈性變形吸收船舶動(dòng)能，緩沖撞擊力；復(fù)合材料護(hù)舷多為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料殼體構(gòu)件或格構(gòu)型構(gòu)件，并在殼體內(nèi)部或格構(gòu)艙內(nèi)部填充緩沖消能材料，依靠復(fù)合材料與緩沖消能材料的變形吸收能量。防撞護(hù)舷一般固定在被防護(hù)構(gòu)件表面，由于防撞護(hù)舷耗能能力較小，因此適用于防護(hù)等級(jí)不高的情況；

鋼箱為鋼板格構(gòu)式箱體，碰撞過程中依靠鋼結(jié)構(gòu)的塑性變形耗散能量，具有良好的耗能與變形能力，然而在江海環(huán)境下鋼箱容易因撞擊或刮碰造成腐蝕，因此后期維護(hù)要求較高；

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料防撞結(jié)構(gòu)多為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的筒體結(jié)構(gòu)，因其材料強(qiáng)度高、輕質(zhì)以及耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，該類防撞結(jié)構(gòu)目前已逐漸得到應(yīng)用，但由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屬于脆性材料，其一，該類結(jié)構(gòu)耗能性能相對(duì)鋼箱較差；其二，防撞單元之間的連接容易發(fā)生材料脆斷而使防撞結(jié)構(gòu)失效；

鋼箱與緩沖耗能材料的組合結(jié)構(gòu)的特征在于鋼箱的整體結(jié)構(gòu)剛度較大，撞擊過程中僅依賴緩沖耗能材料吸能，鋼箱不耗能或耗能較小，因此其緩沖耗能能力存在很大的局限性；另外工程實(shí)踐表明鋼箱在輕度撞擊或刮碰后的防腐問題難于解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)耗能性能、結(jié)構(gòu)連接的缺陷，提出了一種耗能性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)連接可靠的預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明公開的預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒（I），包括主體構(gòu)件內(nèi)鋼筒（1）、疊層張力筒（2）、預(yù)壓吸能材料（3）以及其它連接和輔助構(gòu)件（4）~（10）、（12）、（15）,內(nèi)鋼筒（1）與疊層張力筒（2）通過鋼-橡膠活塞板（4）栓接；通過張拉預(yù)應(yīng)力索束（6）將預(yù)壓吸能材料（3）預(yù)壓填充于內(nèi)鋼筒（1）與疊層張力筒（2）之間；預(yù)應(yīng)力錨具（7）錨固于鋼-橡膠活塞板（4），采用環(huán)氧樹脂泡沫（9）密封預(yù)應(yīng)力錨具；鋼-橡膠活塞板（4）通過螺栓（8）與疊層張力筒（2）栓接；鋼-橡膠活塞板（4）受擠壓膨脹使內(nèi)鋼筒（2）與疊層張力筒（3）形成密閉結(jié)構(gòu)；相鄰預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒（I）節(jié)段之間通過法蘭盤（5）栓接，采用疊層組合連接筒（10）包裹法蘭盤（5），疊層組合連接筒（10）頂面與底面設(shè)有遇水膨脹橡膠止水片（11）。

所述疊層張力筒（2）為多層鋼與復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合材料為玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布中的一種與樹脂制成。

所述預(yù)壓吸能材料（3）通過張拉預(yù)緊力索束（6）填充于內(nèi)鋼筒（1）與疊層張力筒（2）之間；所述預(yù)壓吸能材料（3）包括橡膠圈、橡膠粒、聚氨酯泡沫、汽車輪胎、陶粒。

所述鋼-橡膠塞板（4）為鋼板（16）與橡膠塞（17）的組合結(jié)構(gòu)，二者通過硫化處理形成整體，所述橡膠塞（17）仿照注射器活塞構(gòu)造，設(shè)置有環(huán)狀凹以槽保證密封性能。

所述法蘭盤（5）與內(nèi)鋼筒（1）在端部焊接，法蘭盤材料選用鋼材，沿法蘭盤圓周布置螺栓孔。

所述預(yù)應(yīng)力索束（6）包括預(yù)應(yīng)力鋼絞線、預(yù)應(yīng)力鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絲、碳纖維增強(qiáng)筋、芳綸纖維增強(qiáng)筋、玻璃纖維增強(qiáng)筋等；錨具（7）包括夾片錨、支承式錨、錐形錨等。

所述預(yù)應(yīng)力體系錨具（7）張拉錨固后采用環(huán)氧樹脂泡沫（9）密封。

所述疊層組合連接筒（10）包括遇水膨脹橡膠止水片（11）、對(duì)接螺栓（12）、泡沫填充體（13）和疊層筒（14），其中泡沫填充體（13）可選用聚氨酯泡沫，疊層筒（14）為多層鋼與復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 本發(fā)明耗能主體為鋼材與預(yù)壓預(yù)壓吸能材料，鋼材具有優(yōu)良的變形耗能性能，吸能材料經(jīng)預(yù)壓后形成整體受力體系，且受壓后預(yù)壓吸沖材料吸能能力也會(huì)顯著增強(qiáng)，因此疊層張力筒與預(yù)壓吸能材料的組合結(jié)構(gòu)具有很好的緩沖消能性能；

2. 本發(fā)明預(yù)壓吸能材料緊密填充于內(nèi)鋼筒與疊層張力筒之間，對(duì)疊層張力筒起到內(nèi)撐作用，利用預(yù)壓吸沖材料可恢復(fù)變形特點(diǎn)，碰撞結(jié)束后有利于疊層張力筒恢復(fù)變形，在一定程度上延長(zhǎng)預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒的使用壽命；

3. 本發(fā)明預(yù)壓吸能材料位于密閉空間內(nèi)，可避免預(yù)壓吸能材料在露天環(huán)境下的老化現(xiàn)象；

4. 本發(fā)明疊層張力筒采用多層鋼與復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)，利用復(fù)合材料層耐腐蝕的特點(diǎn)，在輕度撞擊或刮碰后無需維護(hù)，也無需重新進(jìn)行防腐處理；

5. 本發(fā)明疊層張力筒為多層鋼與復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)，利用復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于提高結(jié)構(gòu)自浮能力；

7. 本發(fā)明消能筒節(jié)段之間采用鋼質(zhì)法蘭盤栓接，采用法蘭盤連接能夠提供足夠的連接剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力整體性；采用疊層組合連接筒包裹法蘭盤，能夠保護(hù)法蘭盤遭受直接撞擊，保護(hù)法蘭盤因浸水而腐蝕，二者組合揚(yáng)長(zhǎng)避短，保證了消能筒節(jié)段之間的連接可靠性；

8. 疊層組合連接筒質(zhì)量較小，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝要求較低，且易于更換。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒橫斷面示意圖，其中（a）、（b）預(yù)壓吸能材料分別為輪胎與其它吸能材料；

附圖2為預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒密封構(gòu)造示意圖；

附圖3為鋼-橡膠塞板的構(gòu)造示意圖；

附圖4為疊層張力筒的斷面構(gòu)造示意圖。

附圖5為相鄰消能筒之間的連接構(gòu)造示意圖，其中（a）為相鄰消能筒節(jié)段之間的整體連接構(gòu)造示意圖；（b）為疊層組合連接筒的構(gòu)造示意圖；（c）為法蘭盤的構(gòu)造示意圖。

附圖6為預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒的使用安裝狀態(tài)示意圖，其中（a）為現(xiàn)場(chǎng)施工安裝示意圖，組合體A與組合體B通過岸上作業(yè)完成；（b）為安裝完成后的預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒的使用狀態(tài)示意圖。

其中：1—內(nèi)鋼筒；2—疊層張力筒；3—預(yù)壓吸能材料；4—鋼-橡膠塞板；5—法蘭盤；6—預(yù)應(yīng)力索束；7—錨具；8—螺栓；9—環(huán)氧樹脂泡沫；10—疊層組合連接筒；11—遇水膨脹橡膠止水片；12—對(duì)接螺栓；13—聚氨酯泡沫；14—疊層筒；15—法蘭盤螺栓；16—活塞鋼板；17—橡膠活塞；18—橋墩；A—安裝組合體A；B—安裝組合體B。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

本發(fā)明的預(yù)壓復(fù)合緩沖消能筒，如圖5所示。消能筒由主要構(gòu)件內(nèi)鋼筒1、疊層張力筒2、預(yù)壓吸能材料3構(gòu)成以及其它連接或輔助構(gòu)件（4）~（10）、（12）和（15），如圖1與圖（2）所示。采用下文所述的預(yù)壓、封閉工藝流程制作預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒I。相鄰預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒I節(jié)段之間通過內(nèi)法蘭盤5連接，并采用疊層組合連接體10包裹，如圖5所示。通過岸上施工作業(yè)，將預(yù)壓式復(fù)合緩沖消能筒I連接為組合體A與組合體B兩部分，并浮運(yùn)至橋墩處，通過法蘭盤5現(xiàn)場(chǎng)拼接組合體A與組合體B，最后安裝疊層連接體10，如圖6所示。

本發(fā)明的吸能材料預(yù)壓、內(nèi)鋼筒與疊層張力筒的密閉所采用的工藝流程具體如下：

a. 加工制作內(nèi)鋼筒；

b. 制作疊層張力筒；

c. 制作鋼-橡膠塞板，鋼板與橡膠塞通過硫化處理形成整體，并采用螺栓安裝在內(nèi)鋼筒與疊層張力筒的一端；

d. 制作接長(zhǎng)筒，接長(zhǎng)筒兩端可支托于內(nèi)鋼筒與疊層張力筒側(cè)壁上；

e. 接長(zhǎng)復(fù)合筒，將兩個(gè)內(nèi)鋼筒與兩個(gè)疊層張力筒通過接長(zhǎng)筒連接；

f. 在內(nèi)鋼筒與疊層張力筒之間填放適量吸能材料；

g. 在復(fù)合筒接長(zhǎng)端安裝鋼-橡膠塞板，沿復(fù)合筒軸向穿入預(yù)應(yīng)力索束，在消能筒兩端鋼-橡膠塞板上安裝錨具；

h. 在鋼-橡膠塞板固定端逐步分級(jí)張拉預(yù)應(yīng)力，直至將所有吸能材料壓入本段消能筒筒內(nèi)，停止張拉預(yù)應(yīng)力；

i. 拆卸接長(zhǎng)筒，錨固張拉端錨具；

j. 通過螺栓將活動(dòng)端鋼-橡膠塞板固定于疊層張力筒上；

k. 使用環(huán)氧樹脂泡沫密封預(yù)應(yīng)力錨具；

l. 制作法蘭盤，并在內(nèi)鋼筒兩端與內(nèi)鋼筒焊接。