一种桥墩FRP套箱防撞结构的制作方法

一种桥墩frp套箱防撞结构
技术领域
1.本发明涉及桥梁防撞技术领域，尤其涉及一种桥墩frp套箱防撞结构。


背景技术：

2.目前，随着我国基建速度的不断加快建设和交通运输业的蓬勃发展，各种跨江跨海桥梁随之兴起。然而，由于通航船只的失误操作等原因，船舶撞击桥墩的事故也增加。为了保护桥梁，提高桥墩的防撞性能，现有技术中，有些桥梁的墩柱是加装了整体采用纤维增强复合材料(即frp)制备的防撞结构，利用frp材料的特性来吸能缓冲，由于frp材料较为昂贵，防撞结构整体都采取frp材料制备，会导致成本很高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种防撞性能好、成本低的桥墩frp套箱防撞结构，解决了现有技术中桥墩防撞结构成本高的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种桥墩frp套箱防撞结构，包括设置在桥墩上的圆柱体状的防撞frp套箱，所述桥墩上设有至少两个墩柱，每个墩柱套装有一个所述的防撞frp套箱，相邻的两个防撞frp套箱的外壁相切连接，所述防撞frp套箱包括内钢围板和外钢围板，所述内钢围板与所述墩柱之间设有多个沿墩柱外周面环形排列分布的frp滚筒结构，所述外钢围板与所述内钢围板之间填充设置有多个frp消能构件。
6.进一步，所述frp滚筒结构为由frp材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体。由于frp材料较为昂贵，如此结构设计，既能降低成本，又能具有较好的消能防撞效果。
7.进一步，所述frp消能构件为由frp材料成型制备的中空且两端具有开口的八边形柱壳体。如此结构设计，既能降低成本，又可以使用frp消能构件能充分塞满填充在外钢围板与内钢围板之间，从而能具有较好的消能防撞效果。
8.进一步，所述frp消能构件沿所述防撞frp套箱的中轴线圆周阵列分布至少一圈。如此，不管船舶的撞击角度如何，均能够使得防撞frp套箱具有较好的消能防撞效果。
9.进一步，所述frp消能构件沿所述防撞frp套箱的中轴线圆周阵列分布设置三圈，位于内侧一圈的frp消能构件、位于中间一圈的frp消能构件以及位于外侧一圈的的frp消能构件的宽度尺寸依次增大。如此，使得防撞frp套箱的防撞性能更好。
10.进一步，所述外钢围板的内侧壁和所述内钢围板的外侧壁均设有环形分布的横肋板，所述横肋板位于所述外钢围板与所述内钢围板之间。这样，能够赋予外钢围板和内钢围板较好的强度，提高防撞frp套箱的整体防撞能力。
11.进一步，所述外钢围板的上边沿和下边沿、所述内钢围板的上边沿和下边沿均设置有所述的横肋板，且位于外钢围板上的横肋板的肋宽大于位于内钢围板上的横肋板的肋宽。如此，通过所设置的横肋板，一方面，利用横肋板、外钢围板和内钢围板可共同将frp消能构件固定；另一方面，由于外钢围板是最先面临船舶的撞击的，所受的船撞力也是最大
的，而内钢围板上所受的船撞力相对会小一些，通过将位于外钢围板上的横肋板的宽度设置为大于位于内钢围板上的横肋板的肋宽，这会优化并提升整体防撞性能；再者，位于外侧一圈的frp消能构件的宽度尺寸是大于位于内侧一圈的frp消能构件的宽度尺寸的，这样设置横肋板的宽度，能够适配frp消能构件的尺寸，能更好地支撑frp消能构件。
12.进一步，所述防撞frp套箱的下方设有支承托架，所述支承托架包括用于与桥墩连接的托架钢围板以及沿托架钢围板的外壁阵列分布的若干个支撑板。如此，可利用支承托架上的支撑板能够很好地支撑托住防撞frp套箱，同时，托架钢围板也能保护桥墩。
13.进一步，所述托架钢围板的内壁与桥墩之间设有frp波形板。如此，由于设置frp波形板，当船舶撞击时，在支承托架发生形变过程中，撞击力经支撑板先传递至托架钢围板，再传递至fep波形板进行消能缓冲，从而赋予支承托架很好地防撞性能，进而可保护桥墩。
14.进一步，所述支撑板上设有活动式悬臂翼板，所述活动式悬臂翼板包括活动板和连接件，所述活动板与所述支撑板滑动连接，所述连接件的两端分别连接所述活动板和所述防撞frp套箱。如此，通过设置了活动式悬臂翼板，当船舶撞击防撞钢套箱时，外钢围板在变形过程中可以联动活动板在支撑板上往返来回移动，从而提高消能缓冲防撞能力。
15.与现有技术相比，本发明提供了一种桥墩frp套箱防撞结构，具备以下有益效果：
16.本发明通过在墩柱上套装防撞frp套箱，防撞frp套箱可转动地支撑在桥墩上，当船撞击时，既可利用frp消能构件进行变形消能和frp滚筒结构进行缓冲撞击与转动卸能，又能利用支承托架上的活动式悬臂翼板的向后位移不对防撞frp套箱变形消能构成约束，还能利用防撞frp套箱与支承托架之间的连接件的系锚连接作用进行约束防撞frp套箱部分向上位移和翻转，从而使防撞frp套箱的柔性防撞性能完全发挥，保证大桥的墩柱在面临0
°
正撞和30
°
斜撞时的安全性，能使桥墩船撞力最大降低50％以上和船舶撞损破坏最大减少30％以上。此外，相对于现有技术中整个防撞结构均采用frp材料制备而言，能大大降低制造和维护成本，具备较好的经济价值和社会效益。
附图说明
17.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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例1的立体结构示意图；
19.图2为本发明实施例1的另一视角的立体结构示意图；
20.图3为本发明实施例1的俯视图；
21.图4为图3中沿a
‑
a方向的剖面图；
22.图5为本发明实施例1的防撞frp套箱的组装示意图；
23.图6为本发明实施例1的防撞frp套箱与桥墩的安装示意图；
24.图7为本发明实施例2的立体结构示意图；
25.图8为本发明实施例2的另一视角的立体结构示意图；
26.图9为本发明实施例2的的俯视图；
27.图10为本发明实施例2的防撞frp套箱与桥墩的安装示意图；
28.图11为本发明实施例3的立体结构示意图；
29.图12为本发明实施例3的支承托架与桥墩的安装示意图；
30.图13为本发明实施例3的支承托架的立体结构示意图；
31.图14为本发明实施例3的支承托架的俯视图；
32.图15为本发明其他实施例的立体结构示意图；
33.图16为本发明其他实施例的支承托架的立体结构示意图；
34.图17为本发明其他实施例的支承托架的俯视图；
35.图18为本发明其他实施例的活动式悬臂翼板的安装示意图。
36.附图标记：1、防撞frp套箱；11、内钢围板；12、外钢围板；13、frp消能构件；14、横肋板；15、螺栓螺母组件；2、frp滚筒结构；3、支承托架；31、托架钢围板；32、支撑板；321、水平导向槽；322、竖直导向槽；33、frp波形板；34、活动式悬臂翼板；341、活动板；3411、水平板；3412、竖直板；342、连接件；35、连接架；4、桥墩；41、墩柱。
具体实施方式
37.下面将对本发明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的一部分实施例，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。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.参考图1～图18，本发明提供了一种桥墩frp套箱防撞结构，包括设置在桥墩4上的圆柱体状的防撞frp套箱1，所述桥墩4上设有至少两个墩柱41，每个墩柱41套装有一个所述的防撞frp套箱1，相邻的两个防撞frp套箱1的外壁相切连接，所述防撞frp套箱1包括内钢围板11和外钢围板12，所述内钢围板11与所述墩柱41之间设有多个沿墩柱41外周面环形排列分布的frp滚筒结构2，所述外钢围板12与所述内钢围板11之间填充设置有多个frp消能构件13。
42.如此，通过在墩柱41上套装防撞frp套箱1，防撞frp套箱1可转动地支撑在桥墩4上，当船撞击时，可利用frp消能构件13进行变形消能以及frp滚筒结构2进行缓冲撞击与转动卸能，从而保证大桥的墩柱在面临0
°
正撞和30
°
斜撞时的安全性，能使桥墩船撞力最大降低50％以上和船舶撞损破坏最大减少30％以上。此外，相对于现有技术中整个防撞结构均采用frp材料制备而言，能大大降低制造和维护成本，具备较好的经济价值和社会效益。
43.下面通过详细的实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。
44.实施例1
45.请参考图1～图6，本实施例提供了一种桥墩frp套箱防撞结构，可应用于双柱式桥墩进行防撞保护，包括设置在桥墩4上的圆柱体状的防撞frp套箱1，所述桥墩4上设有两个圆柱形的墩柱41，两个墩柱41之间连接有桥墩系梁，每个墩柱41套装有一个所述的防撞frp套箱1，两个防撞frp套箱1的外壁相切密贴接触但不固定连接，在安装后，两个防撞frp套箱1受自重作用由桥墩系梁托住。所述防撞frp套箱1包括圆形的内钢围板11和外钢围板12，内钢围板11和外钢围板12的厚度均为12mm。所述内钢围板11与所述墩柱41之间活动摆放有十九个沿墩柱41外周面环形排列分布的frp滚筒结构2。所述外钢围板12与所述内钢围板11之间填充设置有多个frp消能构件13。
46.其中，外钢围板12和内钢围板11均由两个半圆弧形钢板通过螺栓螺母组件15连接围成，从而将整个防撞frp套箱1分成两个单元箱，以便于安装或拆卸更换受损部件。
47.所述frp滚筒结构2为由frp材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体，其壁厚为8mm，高度与防撞frp套箱同高。各个frp滚筒结构相互之间及其与防撞frp套箱和墩柱之间都密贴接触但不固定连接。由于frp材料较为昂贵，如此结构设计，既能降低成本，又能具有较好的消能防撞效果。
48.所述frp消能构件13为由frp材料成型制备的中空且两端具有开口的八边形柱壳体。如此结构设计，既能降低成本，又可以使用frp消能构件能充分塞满填充在外钢围板与内钢围板之间，从而能具有较好的消能防撞效果。
49.更具体的，如图3所示，所述frp消能构件13沿所述防撞frp套箱1的中轴线圆周阵列分布设置三圈，每圈分布二十个，如此，不管船舶的撞击角度如何，均能够使得防撞frp套箱1具有较好的消能防撞效果。进一步的，位于内侧一圈的frp消能构件、位于中间一圈的frp消能构件以及位于外侧一圈的的frp消能构件的宽度尺寸依次增大，frp消能构件的壁厚从内向外依次设置为8mm、8mm、10mm。如此，使得防撞frp套箱的防撞性能更好。
50.实施例2
51.请参考图7～图10，本实施例提供了另一种结构的桥墩frp套箱防撞结构，与实施例1不同的是，内钢围板11的厚度为8mm，外钢围板12的厚度为12mm；外钢围板12的内侧壁和内钢围板11的外侧壁均设有环形分布的横肋板14，所述横肋板14位于所述外钢围板12与所述内钢围板11之间。这样，能够赋予外钢围板和内钢围板较好的强度，提高防撞frp套箱的整体防撞能力。
52.在一些具体的实施方式中，如图7～图10所示，所述外钢围板12的上边沿和下边沿、所述内钢围板11的上边沿和下边沿均设置有所述的横肋板14，且位于外钢围板上的横肋板的肋宽大于位于内钢围板上的横肋板的肋宽。更具体的，位于外钢围板12上的横肋板的肋宽为700mm，位于内钢围板11上的横肋板的肋宽为300mm。如此，通过所设置的横肋板，
一方面，利用横肋板、外钢围板和内钢围板可共同将frp消能构件固定；另一方面，由于外钢围板是最先面临船舶的撞击的，所受的船撞力也是最大的，而内钢围板上所受的船撞力相对会小一些，通过将位于外钢围板上的横肋板的宽度设置为大于位于内钢围板上的横肋板的肋宽，这会优化并提升整体防撞性能；再者，位于外侧一圈的frp消能构件的宽度尺寸是大于位于内侧一圈的frp消能构件的宽度尺寸的，这样设置横肋板的宽度，能够适配frp消能构件的尺寸，能更好地支撑frp消能构件。
53.实施例3
54.请参考图11～图14，本实施例提供了另一种结构的桥墩frp套箱防撞结构，在实施例2的基础上，所述防撞frp套箱1的下方设有支承托架3，所述支承托架3包括用于与桥墩4连接的c形的托架钢围板31以及沿托架钢围板31的外壁阵列分布的若干个支撑板32。多个支撑板32呈外挑伞形排列分布，且每个支撑板32均与水平面垂直。所述托架钢围板31设有两个，两个托架钢围板31分别对应安装在桥墩4的两端，且两个托架钢围板31通过连接架35进行连接固定，连接架35套设在桥墩4上的桥墩系梁外表面，其截面形状为矩形。如此，可利用支承托架3上的支撑板32能够很好地支撑托住防撞frp套箱1，同时，托架钢围板31也能保护桥墩4。
55.实施例4
56.请参考图15～图18，本实施例提供了另一种结构的桥墩frp套箱防撞结构，在实施例3的基础上，所述托架钢围板31的内壁与桥墩4之间设有frp波形板33。如此，由于设置frp波形板33，当船舶撞击时，在支承托架3发生形变过程中，撞击力经支撑板32先传递至托架钢围板31，再传递至fep波形板33进行消能缓冲，从而赋予支承托架3很好地防撞性能，进而可保护桥墩。
57.实施例5
58.请参考图15～图18，本实施例提供了另一种结构的桥墩frp套箱防撞结构，在实施例4的基础上，所述支撑板32上设有活动式悬臂翼板34，这样，可使得支承托架3具备一定伸缩变形能力。所述活动式悬臂翼板34包括活动板341和连接件342，所述活动板341与所述支撑板32滑动连接，所述连接件342的两端分别连接所述活动板341和所述防撞frp套箱1。如此，通过设置了活动式悬臂翼板34，当船舶撞击防撞钢套箱时，外钢围板12在变形过程中可以联动活动板341在支撑板32上往返来回移动，从而提高消能缓冲防撞能力。
59.在一些更具体的实施方式中，如图18所示，支撑板32由两个平行分布的金属薄板构成，两个金属薄板之间形成垂直分布的水平导向槽321和竖直导向槽322。活动板341由两个垂直连接的水平板3411和竖直板3412构成，水平板3411与水平导向槽321滑动配合，竖直板3412与竖直导向槽322滑动配合。连接件342可以采用细的金属圆杆、钢丝绳或拉索，在安装时，通过焊接方式将连接件342的两端分别与活动板341和防撞frp套箱1的底部固定连接即可，从而使得防撞frp套箱1与支承托架3系锚连接。
60.此外，本实施例与实施例1～4不同的是，frp消能构件13的壁厚从内向外依次设置为6mm、6mm、8mm。
61.通过对实施例1～5的桥墩frp套箱防撞结构进行船撞有限元分析计算模型测试，最大消能为81％，最小消能57％；而且，相比整个防撞结构均采用frp材料(造价约1000万元/墩)而言，本发明采取钢材料与frp材料相结合的结构设计，工程造价较低(估算造价：
240万元/墩)。
62.本发明的防撞frp套箱1受船撞击时，既可利用frp消能构件13变形消能和frp滚筒结构2缓冲撞击与转动卸能，又能利用支承托架3上的活动式悬臂翼板34的向后位移不对防撞frp套箱1变形消能构成约束，还能利用防撞frp套箱1与支承托架3之间的连接件342的系锚连接作用进行约束防撞frp套箱1部分向上位移和翻转，从而使防撞frp套箱1的柔性防撞性能完全发挥。此外，相对于现有技术中整个防撞结构均采用frp材料制备而言，能大大降低制造和维护成本，具备较好的经济价值和社会效益。
63.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
64.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。