一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置的制作方法

1.本发明涉及桥梁工程中桥墩防护技术领域，特别是涉及一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置。


背景技术：

2.在现代化建设过程中，桥梁作为跨越特殊地理环境和为其他交通提供空间的建筑物，在我国城市道路建设中广泛应用。随着人民生活质量的提高，汽车已经越来越成为大多数人出行的交通工具，这也导致了我国汽车数量的不断增加。随着陆路交通越来越繁忙，为缓解交通压力，桥梁得到了非常广泛的应用。桥梁能够有效缓解城市交通压力，提高城市运行效率，它已经成为社会生活不可或缺的一部分。正是因为汽车数量和桥梁数量的不断增加，汽车撞击桥墩的事故也频频发生。当汽车撞击桥梁事故发生时，一旦桥墩受损，将严重影响桥梁的正常使用，由此带来的桥梁维修费用、重建费用以及道路中断带来的城市经济损失都是十分巨大的。因此，如何降低由汽车撞击桥墩事故发生的频率、如何降低事故发生时人员伤亡程度以及如何保护好桥墩已越来越受到人们的关注。合理做好桥墩防撞保护措施，既是对人民生命的有效保护，也是对城市经济发展的有效保护。
3.传统的桥墩防撞措施主要有三类：(1)在桥梁底部直接浇筑钢筋混凝土实体防撞台；(2)在桥墩外围安装复杂的机构直接抵抗车辆的撞击；(3)在桥墩外面设置可转动的装置来消耗车辆动能并通过转动改变车辆运行轨迹。但这些防撞措施主要存在以下四个缺陷：(1)桥梁底部直接浇筑承台会影响桥梁的受力性能并且当桥墩外侧钢筋混凝土防撞台被撞击损坏后无法进行及时的更换；(2)不论是在桥墩外侧浇筑钢筋混凝土还是设置复杂的防撞机构，施工过程都较复杂且施工周期长，不利于城市快速恢复交通；(3)利用转动耗能并改变车辆轨迹这类装置常常由于结构笨重和内部构造不合理都难以使装置在车辆撞击时真正地转动起来，因此这类装置无法达到其预期的效果。(4)真正可以转动的防撞装置可能会在转动过程中改变车辆的运行轨迹，将会给相邻车道的人员和车辆带来安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效的耗散车辆的动能，使车辆在转过一定角度后使车辆停止，避免安全隐患；且该防撞装置还具有现场施工方便快捷，可以极大的缩短工期，有利于城市快速恢复交通等特点。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置，包括两块底面为半圆环形的转动层柱体、两块底面为半圆环形的刚性层柱体、一块轨道底板和限制制动机构，两块转动层柱体和两块刚性层柱体均是通过高强螺栓拼接在一起；
6.半圆环形的所述转动层柱体包括由外向内呈弧形依次排列的转动层第一钢板、转动层第二钢板和转动层第三钢板，所述转动层第一钢板、转动层第二钢板和转动层第三钢
板的两端通过转动层中部连接钢板相连接；
7.半圆环形的所述刚性层柱体包括由外向内呈弧形依次排列的刚性层第一钢板和刚性层第二钢板，所述刚性层第一钢板和刚性层第二钢板的两端通过刚性层中部连接钢板相连接；
8.所述轨道底板由内向外依次将两块直径不同的底部轨道上钢板、两块直径不同的底部轨道侧钢板和单独的底部轨道下钢板焊接成u型轨道，再通过底部轨道固定螺栓与地面进行连接固定，转动层柱体的底部滑动装配在u型轨道内；
9.所述转动层第三钢板的外壁上从上至下焊接有多组环形的横向加劲肋，每组的两块横向加劲肋之间通过转动销轴安装一排横向滑轮，横向滑轮在刚性层第一钢板上水平滚动；所述刚性层中部连接钢板为凹凸状，在有横向加劲肋处为凹状，在无横向加劲肋处为凸状；
10.所述限制制动机构包括弹簧和弹簧勾，竖向的弹簧安装在转动层柱体和刚性层柱体每层横向滑轮的竖向空隙之间，且在水平方向与装置轴线呈45度处；分别在转动层第三钢板上和刚性层第一钢板外侧焊接弹簧勾，两侧的弹簧勾位于同一铅垂线方向，弹簧连接在两个弹簧勾上。
11.优选地，所述转动层第一钢板、转动层第二钢板和转动层第三钢板的顶部和底部分别焊接有上部封闭钢板和转动层底部钢板；所述转动层底部钢板的下方安装有竖向滑轮，竖向滑轮通过转动销轴安装在转动层第二钢板和转动层第三钢板上。
12.优选地，所述转动层第一钢板的外侧两端靠近转动层中部连接钢板处分别设置有钢板制成的弧状的推拉门，当推拉门打开时其会重叠在所述转动层第一钢板的外侧。
13.优选地，所述转动层第一钢板和转动层第二钢板之间的腔室内填充有柔性吸能材料。
14.优选地，所述转动层第二钢板和转动层第三钢板之间从上至下错位叠放有多层切割后的废弃轮胎，废弃轮胎由完整的废弃轮胎切割成圆心角为120度、150度或180度的弧形状且每个轮胎凸向外侧叠放，每层轮胎相互挤压叠放且每个轮胎中间位置位于相邻层的两个轮胎相接处。
15.优选地，所述刚性层第二钢板上靠近转动层的一侧顶部焊接有钢筋固定钢片，将钢筋通过钢筋固定钢片竖向固定，并在钢筋中部横向布置弧形的箍筋。
16.优选地，所述刚性层第二钢板上靠近桥墩一侧竖向焊接有刚性层t型钢板。
17.优选地，所述转动层中部连接钢板的顶部和侧面分别设置有螺栓孔，再通过高强螺栓将两块底面为半圆环形的转动层柱体连接成整体；所述刚性层中部连接钢板的顶部和侧面分别设置有螺栓孔，再通过高强螺栓将两块底面为半圆环形的柱体连接成整体。
18.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
19.1、本发明为装配式结构，可以在工厂预制加工，便于实现工业化生产；
20.2、各部分通过高强螺栓连接，现场施工方便快捷，可以极大的缩短工期，有利于城市快速恢复交通；
21.3、转动层质量较轻且带有滑轮，设置有与滑轮适配的底部轨道，可以通过外部转动层转动从而真正地实现装置的转动耗能；
22.4、转动层通过多个弹簧与内部刚性层连接，通过控制弹簧刚度和长度使转动层只
可以转动90
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120度，随着车辆带动装置转动的角度越大，机构所提供的阻力越大，从而可以有效的耗散车辆的动能，使车辆在转过一定角度后使车辆停止，如此一来便不会给其他车道的车辆和行人带来安全隐患。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明的整体结构示意图；
25.图2为本发明的主视结构示意图；
26.图3为本发明的俯视结构示意图(除去上封板)；
27.图4为本发明的仰视结构示意图；
28.图5为本发明的底部轨道结构示意图；
29.图6为本发明的废弃轮胎叠放示意图；
30.图7为本发明的弹簧连接方式示意图。
31.图中：0.桥墩、10.转动层第一钢板、11.转动层第二钢板、12.废弃轮胎、13.转动层第三钢板、14.横向滑轮、15.转动层推拉门、16.高强螺栓、17.转动层中部连接钢板、18.转动层底部钢板、19.竖向滑轮、110.横向加劲肋、20.刚性层t型钢板、21.刚性层中部连接钢板、22.刚性层第一钢板、23.钢筋固定钢片、24.刚性层第二钢板、25.钢筋、26.刚性层填充混凝土、27.刚性层底部钢板、31.弹簧、32.弹簧勾、40.底部轨道下钢板、41.底部轨道上钢板、42.底部轨道侧钢板、43.底部轨道固定螺栓。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的目的是提供一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效的耗散车辆的动能，使车辆在转过一定角度后使车辆停止，避免安全隐患；且该防撞装置还具有现场施工方便快捷，可以极大的缩短工期，有利于城市快速恢复交通等特点。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.如图1
‑
7所示，本实施例提供一种新型装配式转动耗能桥墩防撞装置，其主要由四部分组成：第一部分为环绕在装置最外侧且质量较轻的转动层；第二部分为环绕在桥墩0外侧质量较重且刚度较大的内部刚性层；第三部分为连接转动层和刚性层限制转动机构；第四部分为底部轨道底板。
36.转动层由两块底面为半圆环形的柱体通过高强螺栓拼接而成，转动层内部设有两
个腔室，在转动层底部设有底部滑轮，以下分别介绍转动层各部分的设计内容：
37.(1)最外层腔室底面圆环直径小，四周以及上下分别由转动层第一钢板10、转动层第二钢板11、转动层中部连接钢板17、转动层底部钢板18和上部封闭钢板焊接而成。在腔室里填充一些轻质耗能变形材料。转动层第一钢板10和转动层第二钢板11采用不锈钢或低屈服点钢材，做成表面凹凸状的钢片，上述低屈服点钢板的材料可选的屈服强度为100mpa、160mpa或225mpa。采用不锈钢和低屈服点钢材可以在撞击时可以通过外部钢板的变形来进行耗能，延长撞击时间。在转动层第一钢板10靠近转动层中部连接钢板17处用钢板制作两个弧状的矩形转动层推拉门15，当推拉门打开时其会重叠在转动层第一钢板10之后。在转动层第一钢板10和转动层第二钢板11之间的腔室内填充轻质柔性吸能材料，在推拉门附近暂不填充，待将转动层中部连接钢板17上的高强螺栓16连接完毕后再将空余位置填充完毕及关上推拉门。
38.表明制成凹凸状可以增加转动层和车辆之间的摩擦。而采用薄不锈钢或者低屈服点钢材可使车辆在撞击结构时，汽车能够嵌入本发明外表面层，使转动层更好地限制汽车的运动。转动层第三钢板13、转动层中部连接钢板17和转动层上下封板采用高强钢，例如q460钢材，转动层第三钢板13采用高强钢是由于其可为其外部结构提供足够的反作用力。中部连接钢板和转动层上下封板采用高强钢是由于其可以配合转动层第三钢板13为转动层第一钢板10和转动层第二钢板11提供有效的边界约束，使转动层第一钢板10和第二钢板通过薄膜效应使车辆撞击进入装置之后受到反向的薄膜拉力。在每块半圆环形柱体靠近中部连接钢板处设有两扇弧形的拖拉门，便于安装好螺栓后将突出的螺栓和连接钢板封闭在最外层腔室内，从而避免由于螺栓和连接钢板外凸带来的安全隐患。
39.(2)内部腔室底面圆环直径较大，四周以及上下分别由转动层第二钢板11、第三钢板、中部连接钢板和上下封板焊接而成。在腔室一层一层的错位叠放切割后的废弃轮胎12，每个轮胎中间位置位于相邻层的两个轮胎相接处，便于抵抗来自不同方向的车辆撞击。其中每个轮胎需切割成具有一定圆心角的弧形状后再相互挤压叠放在腔室内，每个轮胎凸向外侧，这样便可利用轮胎向外突出的弧度和内部间的相互挤压力形成一道有效的缓冲层。除此之外，可以循环使用废弃轮胎12，节省成本的同时还可以达到节能环保的目的。转动层第三钢板13应采用高强钢材，其可以在轮胎受到冲击的时候提供充足的反作用力。在第三钢板靠近刚性层的外壁上，焊接有10块弧形的横向加劲肋110，其中每两块横向加劲肋110中间通过转动销轴安装有一排的横向滑轮14，该横向滑轮14既有利于转动层绕刚性层外壁有效转动，又便于将转动层所受到的水平力直接传递给刚性层。
40.(3)在转动层底板下部安装一圈竖向滑轮19，与传统的转动防撞装置相比，底部滑轮有效地降低装置与地面之间的摩擦，使装置在受到撞击后能够真正有效地转动起来。内部刚性层由两块底面为半圆环形的柱体通过高强螺栓拼接而成，刚性层由刚性层第一钢板22、刚性层第二钢板24、中部凹凸状的刚性层中部连接钢板21和刚性层底部钢板27相互焊接形成一个腔室。为了保证转动层的横向滑轮14可以在刚性层第一钢板22壁上顺利转动，将中部连接钢板设置成凹凸状。刚性层腔室内每隔一定距离竖立一根钢筋，竖向钢筋与上部钢筋固定钢片23相连固定，在竖向钢筋中部设有横向环形的箍筋，便于提供刚性层的整体抗冲击性能。腔室其他剩余空间用混凝土填满，此时外部钢板既可以作为浇筑混凝土时的模板，又可以提高整个刚性层的变形能力和抗冲击性能。在每一块刚性层第二钢板靠近
桥墩0一侧外壁上焊接有5个t形钢板，t形钢板可以增强刚性层的整体稳定性。刚性层由于其刚度大且整体稳定性强，可以在整个装置受到撞击时为转动层提供足够的反作用力和支撑，保证转动层中弹性材料可以充分发挥作用，使桥墩不受到撞击损坏。
41.限制转动机构由弹簧31和弹簧勾32构成，竖向弹簧安装在转动层和刚性层每层横向滑轮14的竖向空隙之间，且在水平方向与装置轴线呈45度处。弹簧31底部与转动层相接，顶部与刚性层相接，当装置发生转动时，弹簧31产生的拉力随转动角度的增加而逐渐增大，通过控制每个弹簧31的刚度和长度，使转动层在转动90～120度后拉力达到最大，此时转动层便无法继续转动。在车辆撞击发生时可以通过弹簧31拉力和转动层转动来消耗车辆的动能使车辆停止。
42.底部轨道是由五块钢板通过焊接而成的u形轨道，具体的，底部轨道底板由内向外依次将两块直径不同的底部轨道上钢板41、两块直径不同的底部轨道侧钢板42和底部轨道下钢板40焊接成u型轨道。再通过底部轨道固定螺栓43与地面进行连接固定。u形轨道凹槽嵌入地面之中，其尺寸与底部竖向滑轮适配，竖向滑轮19可以在地面以下的轨道中滚动，能够有效增强转动层的整体稳定性。竖向滑轮19两侧的钢板通过准确地测量计算其高度，可以保证在竖向滑轮19放入轨道之后与该钢板地面只形成很小的缝隙，在轨道底板上滚动相比于滑轮直接在地面上滚动可以形成更紧密的装置，能够有效防止外部垃圾进入装置内部影响滑轮正常滑动。
43.于本实施例中，转动层第一腔室和第二腔室空余位置可以填充泡沫铝或者泡沫等轻质柔性吸能变形材料。废弃轮胎12可以将完整轮胎切割成圆心角为120度、150度、180度等角度，相互挤压错位叠放。限制转动的弹簧31两端勾挂在弹簧勾32上，在每两个横向滑轮14中间的间隙中，转动层一侧弹簧勾32安装在该间隙底部，刚性层一侧弹簧勾32安装在该间隙顶部，最后将弹簧31竖向勾挂在两个弹簧勾32上。
44.刚性层四周和底面由钢板焊接而成，内部浇筑钢筋混凝土结构，刚性层上部可不布置上封板；进一步地需在u形轨道的底部钢板上开设几个排水孔进行排水。
45.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
46.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。