本發(fā)明涉及一種利用新型復(fù)合材料及粘滯流體液制備的圓形截面墩(柱)的多級防撞擊裝置，尤其適用于圓形截面橋墩、水上建筑(鉆井平臺)、陸上建筑、地下建筑(地鐵站房柱)。

背景技術(shù)：

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，超長超大跨橋梁、大跨度建筑結(jié)構(gòu)、高速鐵路及地下鐵路規(guī)模不斷擴(kuò)大，保障結(jié)構(gòu)安全尤為重要。船撞事故、列車脫軌撞擊事故頻頻發(fā)生，造成了難以承受的生命、財產(chǎn)損失。事實(shí)表明，橋梁、建筑因撞擊發(fā)生事故的主要原因由下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效引起。墩(柱)作為土木結(jié)構(gòu)的主要豎向受力構(gòu)件，對保證結(jié)構(gòu)的安全使用至關(guān)重要，其承受著來自上部結(jié)構(gòu)的靜、動力荷載作用。在撞擊荷載作用下，墩(柱)安全是保證上部結(jié)構(gòu)安全的前提。如果墩(柱)受撞擊荷載作用產(chǎn)生損傷甚至斷裂，則會影響結(jié)構(gòu)的正常使用，惡劣情形下將造成巨大的生命或財產(chǎn)損失。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于防撞裝置做了許多研究，提出了許多防撞擊裝置，既有的防撞裝置大多以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度與增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形能力為主。如鋼桁架和復(fù)合材料組成的橋墩混合防撞系統(tǒng)，利用鋼桁架和復(fù)合材料自浮式防撞圈耗能，增強(qiáng)橋墩的抗撞擊性能，該防撞裝置形式單一，在強(qiáng)撞擊荷載作用下難以滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)；采用實(shí)心夾層鋼管混凝土或內(nèi)配型鋼鋼管混凝土柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)的的鋼筋混凝土柱，依舊存在延性低，抗變形能力差，造價高、占用空間大的缺點(diǎn)，強(qiáng)撞擊荷載作用下構(gòu)件易失效；采用鋼性材料與柔性材料交替的防撞裝置，只能通過發(fā)生一定變形消耗能量，強(qiáng)撞擊荷載作用下依舊存在抗撞擊性能不足的問題。隨著因撞擊引起結(jié)構(gòu)破壞的事故頻發(fā)，越來越多的結(jié)構(gòu)都采取了加固措施，但主要是在運(yùn)用傳統(tǒng)材料加固方式的基礎(chǔ)上采用新型材料的單一加固方式。

粘彈性高阻尼復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同性質(zhì)的材料組成的具有新功能的材料，在性能上互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使其具有單一材料無法比擬的優(yōu)越性能，具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、比模量高、抗疲勞性能好及減振性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時，在受到外部荷載時，利用材料自身的粘彈性進(jìn)行阻尼耗能，通過分子鏈之間的粘性內(nèi)摩擦將外部能量轉(zhuǎn)化為熱能，來消耗外部能量，如粘彈性高阻尼橡膠材料，此材料廣泛用于橋梁、建筑領(lǐng)域。

膠接(粘合、粘接、膠結(jié)、膠粘)是指同質(zhì)或異質(zhì)物體表面用膠粘劑連接在一起的技術(shù)，具有應(yīng)力分布連續(xù)，重量輕，或密封，多數(shù)工藝溫度低等特點(diǎn)。常用的結(jié)構(gòu)膠粘劑有環(huán)氧樹脂類、聚氨酯類、有機(jī)硅類、聚酰亞胺類等熱固性膠粘劑，聚丙烯酸酯類、聚甲基丙烯酸酯類等熱塑性膠粘劑。其中，聚氨酯膠粘劑具備優(yōu)異的抗剪切強(qiáng)度和抗沖擊特性，適用于各種結(jié)構(gòu)性粘合領(lǐng)域，并具備優(yōu)異的柔韌特性，能適應(yīng)不同熱膨脹系數(shù)基材的粘合，不僅粘接力強(qiáng)，同時還具有優(yōu)異的緩沖、減震功能。聚氨酯膠粘劑的低溫和超低溫性能超過所有其他類型的膠粘劑。

為了保障整體結(jié)構(gòu)的安全，結(jié)構(gòu)底部受力構(gòu)件的性能安全至關(guān)重要。一些已建成的橋梁、建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)對橋墩、底部柱采取了防撞措施，墩(柱)的防撞擊已成為土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，然而，針對圓形截面墩(柱)的特點(diǎn)及現(xiàn)有的單一的加固方式，需要研究新型的圓形截面墩(柱)多級防護(hù)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的墩(柱)單一型防撞裝置成本高、占用空間大、延性低、抗腐蝕性能低的不足，提供一種圓形截面墩(柱)的多級防撞裝置，變形能力強(qiáng)、抗腐蝕性能強(qiáng)、耗能性能好，可實(shí)現(xiàn)多級耗能，可用于圓形截面橋墩、建筑結(jié)構(gòu)底層柱的防撞。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種圓形截面墩或柱的多級防撞擊裝置，包括次護(hù)筒、預(yù)留間隙、粘滯流體液、主護(hù)筒、螺栓、擋板，所述次護(hù)筒外包粘接固定在墩或柱上，所述主護(hù)筒外套在次護(hù)筒外側(cè)，主護(hù)筒與次護(hù)筒之間有一定的預(yù)留間隙，主護(hù)筒頂端設(shè)有預(yù)留孔，通過預(yù)留孔向預(yù)留間隙中填充粘滯性流體液，并利用螺栓進(jìn)行封閉，所述主護(hù)筒和預(yù)留間隙的底面設(shè)有擋板，擋板與次護(hù)筒底部側(cè)面焊接，所述主護(hù)筒、次護(hù)筒、粘滯性流體液、螺栓和擋板共同組成多級防撞擊裝置，并固定于墩或柱，實(shí)現(xiàn)墩或柱的全方位防護(hù)。

作為優(yōu)選，所述墩或柱的鋼筋骨架及混凝土與次護(hù)筒進(jìn)行現(xiàn)澆，實(shí)現(xiàn)固定粘結(jié)。

作為優(yōu)選，所述主護(hù)筒為粘彈性高阻尼的復(fù)合材料，如粘彈性高阻尼橡膠材，具有一定厚度和強(qiáng)變形能力；主護(hù)筒的粘接縫通過膠粘劑進(jìn)行粘結(jié)；所用膠粘劑具備優(yōu)異的抗剪切強(qiáng)度和抗沖擊特性，為防水、防腐蝕、抗風(fēng)化、耐低溫材料，如聚氨酯膠粘劑。

作為優(yōu)選，所述次護(hù)筒為鋼材組成的鋼管，材料為低碳鋼材料。所述粘滯性流體液為粘滯性材料，具有一定的粘滯性和流動性。

作為優(yōu)選，所述主護(hù)筒和次護(hù)筒高度為墩或柱高度的1/2～2/3,截面為圓筒形。

作為優(yōu)選，所述主護(hù)筒筒壁厚宜設(shè)置為200mm-300mm，所述次護(hù)筒筒壁厚度宜為5mm-8mm，所述主護(hù)筒與次護(hù)筒之間的間隙宜為10mm-20mm。

作為優(yōu)選，所述擋板板厚宜設(shè)置為10mm左右。

上述圓形截面墩或柱多級防撞擊裝置的施工方法：

a.采用碳素鋼材料制備的鋼管作為次護(hù)筒，將制作好的鋼筋籠插入次護(hù)筒，現(xiàn)場澆筑混凝土；

b.制備一套主護(hù)筒模具，模具上預(yù)留好端部凹槽、凸起和孔洞，采用粘彈性高阻尼復(fù)合材料制備主護(hù)筒。

c.將制備好的主護(hù)筒、次護(hù)筒、粘結(jié)劑運(yùn)送至施工現(xiàn)場，分兩部分安裝，粘接縫采用膠粘劑粘接。

d.從主護(hù)筒預(yù)留孔洞中注入粘滯性流體，孔口采用螺栓封閉，組裝成一個圓形截面墩或柱的多級防撞擊裝置。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想為實(shí)現(xiàn)多級耗能，在圓形截面墩(柱)上安裝多級防撞擊裝置。工作原理：首先由主護(hù)筒承受撞擊荷載，同時通過變形以消耗撞擊能量，實(shí)現(xiàn)一級耗能；為防止由于撞擊荷載太大而超出主護(hù)筒抵抗極限，主護(hù)筒可繞墩(柱)中軸線旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移過大的撞擊荷載，實(shí)現(xiàn)二級耗能；主護(hù)筒在旋轉(zhuǎn)的同時，通過主護(hù)筒與次護(hù)筒之間的粘滯流體耗能，實(shí)現(xiàn)三級耗能，避免混凝土柱被撞斷裂。

有益效果：1、本發(fā)明所述主護(hù)筒的變形性能好，當(dāng)承受的撞擊荷載在容許荷載范圍內(nèi)時，變形后可自恢復(fù)。

2、本發(fā)明所述主護(hù)筒可繞墩(柱)軸線旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主護(hù)筒承受的強(qiáng)撞擊荷載超過抵抗撞擊極限荷載時，主護(hù)筒通過繞墩(柱)軸線旋轉(zhuǎn)，可轉(zhuǎn)移部分強(qiáng)撞擊荷載。

3、本發(fā)明所述主護(hù)筒可繞墩(柱)軸線旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動過程中，通過主護(hù)筒與次護(hù)筒之間填充的粘滯性流體液耗能。

4、所述防撞擊裝置與單一的防撞擊裝置相比，墩(柱)不會因撞擊荷載太大而被撞壞，且可以使任意方向的撞擊荷載改變方向，安裝、更換簡便，占用空間小。

5、本發(fā)明采用強(qiáng)粘彈性、抗腐蝕性能強(qiáng)的新型復(fù)合材料制備，具有強(qiáng)抗風(fēng)化、耐熱、抗凍及抗陽光輻射的性能。

6、本發(fā)明占用空間小、結(jié)構(gòu)簡單而適用于圓形截面墩(柱)防撞，特別適用于公路橋梁墩、臨近鐵路、高速公路的建筑底層柱、列車站房柱的防撞等。

附圖說明

圖1為該一種圓形截面墩(柱)的多級防撞擊裝置的俯視圖；

圖2為圖1中Ⅰ-Ⅰ處的剖面圖；

圖3為圖2中Ⅱ-Ⅱ處的剖面圖；

圖4為圖3中次護(hù)筒與擋板連接細(xì)部的俯視圖；

圖5為圖2中次護(hù)筒與擋板連接細(xì)部的剖面圖；

圖6a為圖2中預(yù)留孔的俯視圖；

圖6b為圖2中預(yù)留孔的剖面圖；

圖7為圖1中粘結(jié)縫連接細(xì)部的俯視圖；

圖中有：墩或柱1；次護(hù)筒2；預(yù)留空隙3；粘滯流體液4；主護(hù)筒5；粘結(jié)縫6；螺栓7；預(yù)留孔8；擋板9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

本發(fā)明所述一種圓形截面墩或柱的多級防撞擊裝置，主要包括次護(hù)筒2、預(yù)留空隙3、粘滯流體液4、主護(hù)筒5、螺栓7及擋板9。如圖1、2所示。

所述次護(hù)筒2，將鋼筋籠吊入次護(hù)筒2，通過現(xiàn)澆混凝土現(xiàn)澆為一體，如圖1所示。次護(hù)筒2由低碳鋼鋼材制成。

所述主護(hù)筒5為粘彈性高阻尼復(fù)合材料制成，套在次護(hù)筒2外周，以擋板9為豎向支撐，使得主護(hù)筒5可以繞墩或柱1軸線旋轉(zhuǎn)，且主護(hù)筒5的粘接縫6采用膠結(jié)接縫，主護(hù)筒5與次護(hù)筒2之間留有一定的預(yù)留空隙3，如圖3。

所述預(yù)留空隙3貫穿于整個主護(hù)筒5與次護(hù)筒2接觸面的內(nèi)邊界。如圖3。

所述粘滯流體液4，通過預(yù)留孔8填充于主護(hù)筒5與次護(hù)筒2之間的預(yù)留間隙3，填滿后采用帶螺紋螺栓7封閉預(yù)留孔口，如圖2。

所述螺栓7為帶螺紋橡膠螺栓，可采用六角頭螺栓、圓頭內(nèi)六角螺栓、沉頭內(nèi)六角螺栓。

所述擋板9設(shè)置在次護(hù)筒2靠近墩或柱1底部處，將擋板9與次護(hù)筒2連接，采用焊接連接，如圖4和5。

所述預(yù)留孔8為帶螺紋孔，與螺栓7配套使用，如圖6。

所述粘結(jié)縫6為齒口縫，如圖7。

應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。