一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置的制作方法

1.本发明属于薄壁钢渡槽的防沉船撞击技术领域，具体涉及一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置。


背景技术：

2.我国地域辽阔，但水资源的分布很不均匀，渡槽作为一种常见的运水结构，可以有效调节地域间的水资源差异，创造更有利的水资源条件造福人类。随着水利工程和科学技术的飞速发展，近年来我国大跨度渡槽越来越多，薄壁钢渡槽因其良好的水密性和适应不均匀温差的变形协调性，应用的越来越广泛。在渡槽结构服役期间，不可避免的会碰到突加撞击荷载如沉船撞击渡槽底板事故。沉船撞击事故是一种高频高危的极端荷载作用，一旦发生沉船撞击事故，不仅可能对渡槽结构本身造成损伤、破坏，更有可能引起严重的次生灾害，造成生命财产损失。薄壁钢渡槽结构轻型简洁，底板较轻薄，抗沉船撞击能力无法得到有效保证，因此，薄壁钢渡槽底板的防沉船撞击安全性非常重要。
3.在一些相关技术中，对于渡槽的防撞安全性，有的工程通过设置半浮式防撞装置来抗沉船撞击作用，半浮式防撞装置结构简洁，构造简单，能在一定程度上起到防撞效果，但是消能、防护性能较差，尤其对于薄壁钢渡槽，在船舶吨位较大、船速较快或撞击能量较大时，极易对钢渡槽的薄壁底板造成损伤破坏，其实用性相对有限；有的渡槽工程通过设置固定式防撞设施来减少沉船撞击事故的危害，固定式防撞设施缓冲效果较好，但是固定式防撞设施常和渡槽主体结构相固结，尤其对于薄壁钢渡槽，在突加强动撞击荷载下，当防撞设施抗拉能力不足时，极易引起钢渡槽薄壁结构的拉裂破坏。
4.有鉴于上述现有的防沉船撞击装置存在的不足，为此，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置，显著改善薄壁钢渡槽底板的防沉船撞击安全性，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计、实施，并经反复试制样品及改进技术方案后，终于创设出确具实用价值和积极效果的本发明。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术的不足，本发明的目的：在于提供一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置，本防撞装置具有多重缓冲消能机制和整体缓冲协同工作机制，提高防护效率，可显著改善薄壁钢渡槽底板的防沉船撞击安全性，通过设置活动式消能连接，可减少撞击事故对薄壁钢渡槽主体结构拉裂损伤的破坏。
6.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
7.一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置，包括整体缓冲系统、支撑结构，所述的整体缓冲系统包括横槽缓冲连接件、顺槽缓冲连接件，所述的横槽缓冲连接件横向布设，一端连接在波折薄壁腹板上，另一端连接支撑结构，所述的支撑结构包括第一连接杆，所述第一连接杆上设有转动消能系统，所述第一连接杆设有若干排，若干排第一连接杆
之间通过顺槽缓冲连接件连接，顺槽缓冲连接件顺渡槽水流方向布设，所述的顺槽缓冲连接件、横槽缓冲连接件为弹簧，所述的第一连接杆下端设有活动式连接结构，活动式连接结构与渡槽底板活动连接。
8.本发明的进一步技术：
9.优选的，所述活动式连接结构包括基座、端帽、拉伸和压缩缓冲件、第二连接杆；
10.所述的基座、第二连接杆、端帽固结，所述的基座设置在渡槽底端的渡槽底板上，与渡槽底板固结，所述的拉伸和压缩缓冲件分为上段拉伸和压缩缓冲件和下段拉伸和压缩缓冲件，均设置在第二连接杆上。
11.优选的，所述的第一连接杆为薄壁钢管，两端分别设置第一封闭板和第二封闭板，两块第一封闭板之间部分填充混凝土，第一封闭板与第二封闭板之间为空心薄壁钢管，第二封闭板设置在第一连接杆最外端，中间开孔；
12.所述第二连接杆从第二封闭板的中间开孔插入，端帽位于第一封闭板与第二封闭板之间；
13.上段拉伸和压缩缓冲件设置在第一、第二封闭板之间，下段拉伸和压缩缓冲件设置在第二封闭板与基座之间。
14.优选的，所述的转动消能系统包括外圈消能体、内圈旋转体和连接环，所述连接环套在薄壁钢管上，所述的外圈消能体环绕连接环一圈设置，所述的内圈旋转体安装在薄壁钢管与连接环之间的通道内。
15.优选的，所述的横槽缓冲连接件每排设置两组，，两组横槽缓冲连接件中心线之间的夹角、及与顺槽缓冲连接件中心线之间的夹角均为60
°
。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
17.一.多重缓冲消能机制，本发明设置有三道缓冲消能机制，第一道为转动消能系统，包括外圈消能体自身的缓冲消能以及船撞之后的内圈旋转体转动消能，第二道为整体缓冲系统设置的顺槽、横槽缓冲连接件缓冲消能，第三道为活动式连接结构设置的拉伸和压缩缓冲件缓冲消能，克服了传统防撞装置消能机制单一的弊端，多重缓冲消能机制并行，大大降低船撞事故对渡槽薄壁结构的损伤破坏；
18.二、可缓冲不同撞击角度船撞荷载，本发明设置的两组横槽缓冲连接件中心线之间的夹角、及与顺槽缓冲连接件中心线之间的夹角均为60
°
，以缓冲来自不同撞击角度上的船撞作用，同时也可以分担船撞荷载，减轻船撞荷载对渡槽薄壁结构的冲击作用；
19.三、整体缓冲协同工作机制，本发明通过设置顺槽缓冲连接件，将所有的支撑结构、转动消能系统以及活动式连接结构连成整体，当船撞事故发生时，所有缓冲消能机制协同受力，整体消能，可显著提升防护缓冲消能效果，减轻船撞事故对渡槽薄壁结构的损伤；
20.四、与渡槽主体结构活动连接，本发明设置的活动式连接结构，可使防撞装置支撑结构和渡槽主体结构之间具有一定的活动空间，所设置的上下两段拉伸和压缩缓冲件可同时发挥缓冲消能作用，并可灵活转换，当正对船撞的防撞支撑结构向下运动时，上段拉伸和压缩缓冲件可受拉缓冲消能，下段拉伸和压缩缓冲件可受压缓冲消能，同时，相领的支撑结构的上段拉伸和压缩缓冲件可受压缓冲消能，下段拉伸和压缩缓冲件可受拉缓冲消能，灵活切换，改变了传统防撞装置与渡槽主体结构之间相固结，当抗拉能力不足时，极易引起渡槽薄壁结构拉裂损伤破坏的弊端；
21.五、防护缓冲消能元件可拆卸，所设置的外圈消能体、顺槽、横槽缓冲连接件以及拉伸和压缩缓冲件均可以方便快捷地对超过使用寿命、或损伤严重的元件进行拆除更换工作，使其更具有实用性；
22.六、可充分利用波折薄壁钢渡槽的空间特性，本发明将支撑结构设置在波折薄壁腹板的凹处，降低防撞装置对渡槽航道的空间占用，充分利用波折薄壁钢渡槽的空间特性，可降低成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为采用本发明实施例提供的活动式消能装置立面示意图一；
25.图2为采用本发明实施例提供的活动式消能装置平面示意图；
26.图3为采用本发明实施例提供的活动式消能装置立面示意图二；
27.图4为图1中的a处放大示意图；
28.图5为图3中的b处放大示意图；
29.图中，1—船舶，2—渡槽，3—顺槽缓冲连接件，4—横槽缓冲连接件，5—外圈消能体，6—连接环，7—内圈旋转体，8—薄壁钢管，9—混凝土，10—基座，11—第二连接杆，12—端帽，13—上段拉伸和压缩缓冲件，14—下段拉伸和压缩缓冲件，15—第一连接杆，21——第一封闭板，22—第二封闭板，211-波折薄壁腹板，212-渡槽底板，213-渡槽支撑体。
具体实施方式
30.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本说明，并不用于限定本发明。
31.实施例一：
32.具体的，本发明提供了一种波折薄壁腹板钢渡槽防船撞用活动式消能装置，具体如图1至图5所示，包括整体缓冲系统、转动消能系统、支撑结构和活动式连接结构：
33.所述的整体缓冲系统，包括顺槽缓冲连接件3、横槽缓冲连接件4，所述的顺槽缓冲连接件3沿渡槽2水流方向布设，将支撑结构连接成整体，协同受力，整体缓冲，所述的横槽缓冲连接件4沿渡槽水流横向布设，将支撑结构同波折薄壁腹板211连接成整体，所述的横槽缓冲连接件4每排设置两组，每组缓冲连接件竖向至少设置三排，于支撑结构竖向均匀布置，上下齐整；
34.所述的转动消能系统，包括外圈消能体5、连接环6和内圈旋转体7，所述的外圈消能体5和连接环6连接，环绕连接环6一圈，所述的连接环6为弧形截面，可与支撑结构外壁上预留的旋转槽相匹配，形成禁锢约束作用的环形旋转通道，所述的内圈旋转体7安装在环形旋转通道内；
35.所述的支撑结构，为薄壁钢管混凝土构件，上部为实心薄壁钢管混凝土构成的第
一连接杆15，中间填充混凝土9，外侧钢管上设置有旋转槽，可与转动消能系统中的内圈旋转体相匹配，形成环形旋转通道，下部为空心薄壁钢管8，可与活动式连接结构相匹配，形成连接通道；
36.所述的活动式连接结构，包括基座10、第二连接杆11、端帽12、上段拉伸和压缩缓冲件13、下段拉伸和压缩缓冲件14；
37.所述的顺槽缓冲连接件3、横槽缓冲连接件4为弹簧，横槽缓冲连接件4一端设置在支撑结构钢管混凝土构件上，一端设置在波折薄壁腹板211的弦向上，两组横槽缓冲连接件中心线之间的夹角、及与顺槽缓冲连接件中心线之间的夹角均为60
°
，以缓冲来自船舶1不同撞击角度上的船撞荷载；
38.所述的外圈消能体5为耐腐蚀性及耐久性良好的复合高分子材料，以缓冲船舶1的直接撞击作用，所述的内圈旋转体7采用摩擦系数较小的金属球体，填满环形旋转通道；
39.所述的支撑结构为薄壁钢管混凝土构件，充分发挥钢管混凝土构件的优越的抗撞击性能，上部为实心薄壁钢管混凝土，下部为空心薄壁钢管，下部设置第一封闭板21和第二封闭板22，第一封闭板21以上部分填充混凝土，第一封闭板21以下部分为空心，第二封闭板22设置在端部，中间开孔；
40.所述的活动式连接结构的基座10、第二连接杆11、端帽12固结，所属的基座10设置在渡槽底板212上，与渡槽底板212固结，所述的拉伸和压缩缓冲件分为上下两段，上段拉伸和压缩缓冲件13设置在第一、第二封闭板之间，下段拉伸和压缩缓冲件14设置在第二封闭板22与端帽12之间，所述的拉伸和压缩缓冲件为弹簧。
41.为了克服传统防撞装置缓冲消能机制单一的弊端，如图1～图3所示，本实施例设置了三道缓冲消能机制，第一道为转动消能系统，包括外圈消能体5自身的缓冲消能以及船撞之后的内圈旋转体7转动消能，第二道为整体式缓冲系统设置的顺槽缓冲连接件3、横槽缓冲连接件4缓冲消能，第三道为活动式连接结构设置的上段拉伸和压缩缓冲件缓冲13、下段拉伸和压缩缓冲件缓冲14缓冲消能，降低船舶撞击事故对渡槽薄壁结构的损伤；
42.为了缓冲不同撞击角度的船撞事故，如图1所示，本实施例将两组横槽缓冲连接件4分别设置在波折薄壁腹板211的两个弦向上，其中心线的夹角、及与顺槽缓冲连接件3中心线之间的夹角均为60
°
，从而可以有效缓冲来自不同撞击角度上的船撞作用，减轻船撞荷载对渡槽2薄壁结构的冲击作用；
43.为了显著提高防撞装置的防护缓冲消能效果，如图1～图3所示，本实施例通过设置顺槽缓冲连接件3，将所有的支撑结构、转动消能系统以及活动式连接结构连成整体，并在支撑构件的竖向设置了多排顺槽缓冲连接件3，当船撞事故发生时，所有缓冲消能机制协同受力，整体消能，可显著提升防护缓冲消能效果，减轻船撞事故对渡槽2薄壁结构的损伤；
44.为了改善传统防撞装置对渡槽主体结构拉裂损伤的破坏，如图4～图5所示，本实施例设置的防撞装置和渡槽主体结构之间有一定的活动空间，所设置的上段拉伸和压缩缓冲件13、下段拉伸和压缩缓冲件14可同时发挥缓冲消能作用，并可灵活转换，当正对船撞的防撞支撑结构向下运动时，上段拉伸和压缩缓冲件13可受拉缓冲消能，下段拉伸和压缩缓冲件14可受压缓冲消能，同时，相领的支撑结构的上段拉伸和压缩缓冲件可受压缓冲消能，下段拉伸和压缩缓冲件可受拉缓冲消能，灵活切换，降低防撞装置对渡槽薄壁结构的拉裂损伤；
45.为了充分利用波折薄壁钢渡槽的空间特性，如图1所示，本实施例将支撑结构设置在波折薄壁腹板211的凹处，降低防撞装置对渡槽航道的空间占用，充分利用波折薄壁钢渡槽的空间特性。
46.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述发明和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。