本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種橋墩防護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通已遍布全國各個(gè)地方，在山區(qū)、峽谷中由于伴隨各種各樣的地質(zhì)災(zāi)害；在這些地區(qū)橋梁墩臺防護(hù)一直沒有受到重視，以致于橋梁抵抗不良災(zāi)害的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，對橋梁的安全帶來了嚴(yán)峻的考驗(yàn)；在跨河大橋中，由于人為因素，市場伴隨各種船撞事故，從而導(dǎo)致橋墩受各種不同程度的損害，甚至撞斷橋墩使大橋垮塌；在城市建設(shè)過程中的市政路網(wǎng)日漸密集，各種市政高架立交橋梁錯(cuò)綜復(fù)雜，且隨著交通量的大幅增長，車輛撞擊橋墩的風(fēng)險(xiǎn)大大增加；在嚴(yán)重的橋墩撞擊事故中，除了人員傷亡和巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失外，由于交通線被阻斷所帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失和社會影響更是難以估量的。

目前，針對各種存在撞擊風(fēng)險(xiǎn)的橋墩部位大都沒有進(jìn)行特別的防護(hù)設(shè)計(jì)，僅有個(gè)別橋墩根據(jù)需要設(shè)置了簡單的防護(hù)措施；這些簡易的措施雖然能夠在一定程度上減緩撞擊物與橋墩的撞擊損害，但是還是存在諸多缺點(diǎn)和不足；例如采用的防護(hù)結(jié)構(gòu)形式簡單、破壞耗能形式單一，對高能量撞擊物無法有效防護(hù)；相關(guān)橋墩防護(hù)主要采取一些簡單的防護(hù)措施，如：鋼護(hù)筒、混凝土加固橋墩和一般較為簡單的柔性防護(hù)體等；當(dāng)橋墩受到撞擊時(shí)，現(xiàn)有的柔性橋墩防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡單粗糙、耗能形式單一，面對高能量的撞擊時(shí)，大部分能量仍由橋墩承受，橋墩仍然受到較大撞擊力，該類型的防護(hù)不能有效減小橋墩受到的撞擊力，從而不能對橋墩起到應(yīng)有的防護(hù)；現(xiàn)有的防護(hù)裝置還存在結(jié)構(gòu)單一固定、不能根據(jù)不同防護(hù)工況調(diào)節(jié)自身剛度來適應(yīng)不同防護(hù)能量需求；并且聲稱成本、安裝維護(hù)費(fèi)用高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可適應(yīng)不同防護(hù)能量等級需求、防護(hù)效果好的橋墩防護(hù)裝置。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種橋墩防護(hù)裝置，包括設(shè)置在橋墩外表面，且相互連接的多個(gè)防護(hù)單元塊；防護(hù)單元塊包括桶裝結(jié)構(gòu)的單元塊外殼和設(shè)置在單元塊外殼內(nèi)部的陣列式分布的圓管；所述圓管通過分布式散力架連接；單元塊外殼內(nèi)部圓管之間填充有緩沖層。

進(jìn)一步的，所述分布式散力架為于圓管直徑相配合的多邊形結(jié)構(gòu)連接形成。

進(jìn)一步的，所述分布式散力架圓管長度方向上設(shè)置有多層。

進(jìn)一步的，所述單元塊外殼一側(cè)邊緣向外側(cè)延伸形成耳板，用于防護(hù)單元塊之間的連接。

進(jìn)一步的，所述單元塊外殼為樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，所述緩沖層為閉孔多胞結(jié)構(gòu)材料。

進(jìn)一步的，所述防護(hù)單元塊通過抱箍和螺栓設(shè)置在橋墩外表面。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明在面對不同能量等級的撞擊時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)階梯式的能量耗散過程，能夠適應(yīng)不同的防護(hù)能量等級需求；

（2）本發(fā)明能夠提供較長的沖擊位移，延長撞擊時(shí)間；

（3）本發(fā)明由單元塊組成，整體成本低、便于安裝和維護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明內(nèi)部截面構(gòu)造圖。

圖2為本發(fā)明耗能結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。

圖3為無防護(hù)裝置情況下，剛性沖擊反力時(shí)程曲線。

圖4為有防護(hù)裝置情況下，剛性沖擊反力時(shí)程曲線。

圖中：1-單元塊外殼，2-分布式散力架，3-圓管，4-緩沖層，5-耳板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1-2所示，一種橋墩防護(hù)裝置，包括設(shè)置在橋墩外表面，且相互連接的多個(gè)防護(hù)單元塊；防護(hù)單元塊包括桶裝結(jié)構(gòu)的單元塊外殼1和設(shè)置在單元塊外殼1內(nèi)部的陣列式分布的圓管3；所述圓管3通過分布式散力架2連接；單元塊外殼1內(nèi)部圓管3之間填充有緩沖層4。

進(jìn)一步的，所述分布式散力架2為于圓管3直徑相配合的多邊形結(jié)構(gòu)連接形成；這種結(jié)構(gòu)可以使耗能圓管3形成一個(gè)整體，并通過分布式散力架2進(jìn)行固定。

進(jìn)一步的，所述分布式散力架2圓管3長度方向上設(shè)置有多層；這種結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

進(jìn)一步的，所述單元塊外殼1一側(cè)邊緣向外側(cè)延伸形成耳板5，用于防護(hù)單元塊之間的連接。

進(jìn)一步的，所述單元塊外殼1為樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，采用這種材料耐磨性能好，韌性高。

進(jìn)一步的，所述緩沖層4為閉孔多胞結(jié)構(gòu)材料，可以選擇pmi泡沫塑料或泡沫鋁。

進(jìn)一步的，所述防護(hù)單元塊通過抱箍和螺栓設(shè)置在橋墩外表面。

使用時(shí)，分布式散力架2連接陣列式的圓管3構(gòu)成耗能結(jié)構(gòu)，設(shè)置在單元塊外殼1內(nèi)部構(gòu)成防護(hù)單元塊；防護(hù)單元塊之間相互連接，設(shè)置在橋墩外表面；當(dāng)防護(hù)裝置受到船舶撞擊時(shí)，作用力先通過單元塊外殼1傳遞給單元塊內(nèi)部的分布式散力架2，分布式散力架2再將撞擊力均勻分散給單元塊內(nèi)部的圓管3；圓管3和分布式散力架2通過自身的塑性變形來擠壓構(gòu)建之間的緩沖層4；上述每個(gè)階段均伴隨著不同程度的耗能過程，且所耗能量隨著撞擊過程的發(fā)展而不斷呈現(xiàn)階梯式的增大，實(shí)現(xiàn)具有高效階梯式的耗能效果。

本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)可通過塑性變形或者其它形式將部分沖擊能量轉(zhuǎn)換成非彈性能，而不是儲存為彈性能；對于不同能量等級的撞擊物，所需的防護(hù)能力并不相同；如果撞擊物能量較大而防護(hù)裝置的能量耗散能力明顯不足，將直接導(dǎo)致被防護(hù)的橋墩做功，從而產(chǎn)生較大的撞擊力；如果將防護(hù)裝置的能量耗散能力提高的很大，則會造成材料的浪費(fèi)而不夠經(jīng)濟(jì)；本發(fā)明裝置能夠適應(yīng)不同的防護(hù)能量等級需求，同時(shí)其自身面對不同能量等級的撞擊時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)階梯式的耗能效果；本裝置不但可以通過自身塑性變形吸收足夠的能量，而且在碰撞時(shí)傳遞給橋墩的反力峰值保持低于引起結(jié)構(gòu)損傷的閾值，并且反作用力幾乎維持恒定，避免過高的減速速率；因?yàn)榱λ龅墓Φ扔谄浯笮〕艘匝亓ψ饔镁€發(fā)生的位移，如在碰撞時(shí)傳遞給橋墩的反作用力幾乎維持恒定，為使防護(hù)裝置吸收較大的沖擊能量，則要求其沖擊位移足夠長；此外，根據(jù)沖量定理，對于一定的沖擊動(dòng)量，沖擊時(shí)間越長，則沖擊力就越??；該裝置能夠使得沖擊作用時(shí)間延長，則沖擊反力便會相應(yīng)減小，橋墩所遭受到的損傷就越小，本裝置能夠提供較長的沖擊位移，延長撞擊作用的時(shí)間；裝置整體由單元塊組成，當(dāng)防護(hù)裝置中個(gè)別單元塊破壞時(shí)，只需更換已損壞的單元塊，無需整體更換；對于河谷及內(nèi)河流域中的橋墩防護(hù)，因?yàn)槠溟L期承受水流及泥沙的沖刷，表面材料應(yīng)該具有足夠的耐磨蝕性，本裝置單元塊外殼采用耐磨材料制備；并且該裝置質(zhì)量相對較輕，便于運(yùn)輸和安裝，具有高的比能量吸收，耗能效率高；在使用時(shí)，首先將圓管3和分布式散力架2組裝構(gòu)成耗能結(jié)構(gòu)，然后將耗能結(jié)構(gòu)置于單元塊外殼1內(nèi)，最后將緩沖層4材料注入空隙內(nèi)形成；本裝置具有較高的耗能效果，具備將波動(dòng)值大的沖擊反力曲線弱化為撥動(dòng)值小且恒定的能力，單元塊外殼1采用耐磨材料具有耐磨、耐沖刷的能力；所以可運(yùn)用于河道、溝谷類橋墩的防沖刷等位置的防護(hù)。

圖3為驗(yàn)證剛性撞擊下的沖擊反力大小示意圖，試驗(yàn)方法為：采用340kg混凝土沖擊砝碼，通過起吊機(jī)懸吊地面2.16m處，然后通過自動(dòng)脫鉤裝置，使沖擊砝碼做自由落體運(yùn)動(dòng)砸向沖擊平臺；從圖3中可以看出，平臺收到?jīng)_擊時(shí)沖擊經(jīng)歷時(shí)間為0.004s，沖擊力為1600kn，反力曲線波動(dòng)劇烈。

圖4為有防護(hù)情況下撞擊的沖擊反力大小示意圖；試驗(yàn)方法為：采用340kg混凝土沖擊砝碼，通過起吊機(jī)懸吊地面2.16m處，然后通過自動(dòng)脫鉤裝置，使沖擊砝碼做自由落體運(yùn)動(dòng)砸向沖擊平臺上的防護(hù)裝置；從圖4中可以看出，比沒有防護(hù)的情況下平臺受到?jīng)_擊經(jīng)歷的時(shí)間長，沖擊力較小；沖擊經(jīng)歷時(shí)間為0.049s，沖擊力為113kn；沖擊反力相對無防護(hù)情況下，出現(xiàn)大幅度減小，且沖擊反力曲線平穩(wěn)。

本發(fā)明可適應(yīng)不同的防護(hù)能量等級需求，實(shí)現(xiàn)階梯式能量耗散過程，保護(hù)橋墩承受的反力峰值有限，且盡可能保持恒定；能夠提供較長的沖擊位移，延長撞擊作用的時(shí)間，防護(hù)裝置質(zhì)量輕，比能量吸收率高；整體成本低，宜于安裝、維護(hù)方便；適用于山區(qū)溝谷橋墩防沖刷、磨蝕；道路橋墩防車撞，內(nèi)河流域橋墩防船撞等鄰域，適用范圍廣。