專利名稱：筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁或碼頭防撞裝置，尤其是一種利用復(fù)合材料制造的成本低、 彈性大、耐腐蝕的防撞裝置，具體地說是一種適用于各類橋梁的橋墩以及碼頭、水上(海洋) 建筑用以減輕船舶(浮冰)撞擊災(zāi)害的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置。
背景技術(shù)：
隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，我國近期修建的跨越通航江河、港區(qū)和海峽的大型橋梁數(shù)量逐步增多，而航道上船舶數(shù)量也不斷增加且船型趨于大型化，使得橋梁和通行船舶之間的矛盾日趨突出，因此船舶撞擊橋墩的事故亦不斷增加。船舶撞擊是跨越航道的橋梁倒塌的主要原因之一，產(chǎn)生的后果極其嚴重船毀人亡物失，造成航道受阻，陸上交通中斷，污染水域環(huán)境。2007年6月，廣東九江大橋遭運沙船撞擊垮塌。事故造成4輛汽車墜江，肇事船上兩人受傷，另有9人失蹤，引起了較大的社會反響，橋梁防船撞問題也正逐漸得到了有關(guān)航運管理、規(guī)劃設(shè)計等部門的高度重視。經(jīng)過多年的研究應(yīng)用，國內(nèi)外出現(xiàn)了多種類型的橋墩防撞設(shè)施，但其基本原理是基于能量吸收、動量緩沖而設(shè)計的，每種防撞設(shè)施都有其特點和使用條件。但目前常用的樁群方式、薄殼筑沙圍堰方式、人工島方式等，一般適用于水淺、地質(zhì)情況較好的場合，雖然一勞永逸，但會影響航道，且常常因為造價太高或者條件不具備而放棄。而鋼結(jié)構(gòu)套箱消能設(shè)施利用鋼材塑性變形破損消能，但其通常承受單次撞擊，撞損后維修較困難；同時碰撞時船體易受損傷；另外鋼材常年在水中易銹蝕，維護費用較高，故采用新材料設(shè)計開發(fā)新型防撞系統(tǒng)迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的橋梁防撞裝置存在的防撞效果差、成本高、修復(fù)難度大等問題，提供一種成本低、彈性大、耐腐蝕并能充分吸收撞擊能量、延緩撞擊時間的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案解決的
一種筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，包括防撞單元，防撞單元由殼體和填充在殼體內(nèi)的填充材料體構(gòu)成，所述的防撞單元包括直筒形防撞構(gòu)件和彎筒形防撞構(gòu)件，不相鄰的直筒形防撞構(gòu)件通過連桿串聯(lián)或者并聯(lián)構(gòu)成條狀防撞裝置，相鄰且相互連接的直筒形防撞構(gòu)件之間或者直筒形防撞構(gòu)件和彎筒形防撞構(gòu)件之間或者彎筒形防撞構(gòu)件之間通過承插式法蘭和螺栓相連構(gòu)成環(huán)狀或C型防撞裝置；所述的直筒形防撞構(gòu)件的內(nèi)側(cè)設(shè)有滾動裝置，承插式法蘭的內(nèi)側(cè)設(shè)有滑動裝置。所述的填充材料體為緩沖耗能材料或者緩沖耗能材料與空心裝置的結(jié)合或者混凝土、空腹格構(gòu)體中的一種。所述的緩沖耗能材料為砂、聚苯顆粒泡沫與砂混合料、聚苯顆粒砂漿、橡膠粒、金屬砂、陶粒、石子、泡沫鋁、液體、混凝土、泡沫或毛竹中一種或幾種的混合物。
所述的空心裝置為封閉的鋼管、復(fù)合材料纏繞管、復(fù)合材料拉擠管、塑料管、毛竹、 塑料空心球、復(fù)合材料空心球、金屬空心球的一種。所述的殼體為玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布中的一種與樹脂固化而成，玻璃纖維布為雙軸向布、多軸向布、網(wǎng)格布或纖維氈中的一種，樹脂為不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或無機樹脂中的一種；所述的殼體為輕木或泡沫復(fù)合材料夾芯管、復(fù)合材料夾砂管、塑料、表層纏繞復(fù)合材料的金屬骨架中的一種。所述的連桿為索、不銹鋼鏈、纜繩、鋼絞線的一種。所述的螺栓沿承插式法蘭的圓周方向間隔設(shè)置，所述的螺栓金屬螺栓、復(fù)合材料螺栓的一種。所述的滾動裝置包括萬向輪和尼龍滾輪。所述的滑動裝置為聚四氟乙烯滑板。所述的直筒形防撞構(gòu)件包括等截面直筒形防撞構(gòu)件和變截面直筒形防撞構(gòu)件。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明的外表采用了強耐腐蝕、力學(xué)特性優(yōu)越的纖維增強復(fù)合材料，可適應(yīng)江水、海水等各種惡劣環(huán)境，減小了維護費用。2、本發(fā)明的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置在使用時，若船舶正對橋塔撞擊，因為筒型截面外殼為彈性復(fù)合材料，具有較大的變形能力，能壓縮1/2直徑而不破壞。3、本發(fā)明的殼體內(nèi)部緊密填充的緩沖耗能材料緩沖耗能能力強，并能通過摩擦消耗大量言旨量。4、本發(fā)明的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置具有自浮性、緩沖性、彈性模量低等特點， 因此也可有效保護船舶不至于局部受損。5、本發(fā)明安裝便捷，各個獨立的防撞單元可通過法蘭螺栓連成整體，單個單元損壞更換方便。6、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，安裝維護方便。


附圖1為本發(fā)明的防撞單元連接剖面示意附圖2為本發(fā)明的防撞單元橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2 (a)為殼體內(nèi)只填充緩沖耗能材料，圖2 (b)為殼體內(nèi)填充緩沖耗能材料和直徑較大的空心管，圖2 (c)為殼體內(nèi)填充緩沖耗能材料和若干直徑較小的空心管或空心球；
附圖3為本發(fā)明的防撞構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3 (a)為直筒形防撞構(gòu)件正視圖，圖3 (b)為彎筒形防撞構(gòu)件正視附圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4 (a)為水平防撞裝置安裝示意圖，圖4(b)為豎直防撞裝置安裝示意附圖5為本發(fā)明的防撞單元在橋梁墩柱或承臺上安裝使用狀態(tài)示意圖，其中圖5 (a) 為等截面防撞裝置俯視圖，圖5 (b)為C型防撞裝置俯視圖，圖5 (c)為變截面防撞裝置俯視圖，圖5 (d)為120度轉(zhuǎn)角等截面防撞裝置俯視附圖6為多組防撞裝置構(gòu)成組合防撞體的示意圖，其中圖6 (a)為多組防撞裝置安裝在橋梁承臺周圍的正視剖視圖，圖6 (b)為3根防撞裝置豎直排列構(gòu)成組合防撞體正視剖視圖，圖6 (c)為組合防撞體安裝俯視圖。其中1 一防撞單元；2—殼體；3—填充材料體；4一直筒形防撞構(gòu)件；5—彎筒形防撞構(gòu)件；6—連桿；7—承插式法蘭；8—螺栓；9一滾動裝置；10—滑動裝置；11 一緩沖耗能材料；12—空心裝置；13—復(fù)合材料夾板；14一承臺。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-所示一種筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，包括防撞單元1，防撞單元1由殼體2和填充在殼體2內(nèi)的填充材料體3構(gòu)成。殼體2為玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布中的一種與樹脂固化而成，玻璃纖維布為雙軸向布、多軸向布、網(wǎng)格布或纖維氈中的一種，樹脂為不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或無機樹脂中的一種；另外殼體 2也可為輕木或泡沫復(fù)合材料夾芯管、復(fù)合材料夾砂管、塑料、表層纏繞復(fù)合材料的金屬骨架中的一種制備而成。填充材料體3為緩沖耗能材料11或者緩沖耗能材料11與空心裝置 12的結(jié)合或者混凝土、空腹格構(gòu)體中的一種，緩沖耗能材料11為砂、聚苯顆粒泡沫與砂混合料、聚苯顆粒砂漿、橡膠粒、金屬砂、陶粒、石子、泡沫鋁、液體、混凝土、泡沫或毛竹中一種或幾種的混合物，緩沖耗能材料11采用液體作為緩沖耗能材料11時，當殼體2內(nèi)充滿液體則可在殼體2的表面設(shè)有一定數(shù)量的小孔，以方便液體進出殼體2，當殼體2內(nèi)未充滿液體時則可采用封閉的殼體2 ；空心裝置12為封閉的鋼管、復(fù)合材料纏繞管、復(fù)合材料拉擠管、 塑料管、毛竹、塑料空心球、復(fù)合材料空心球、金屬空心球的一種。防撞單元1包括直筒形防撞構(gòu)件4和彎筒形防撞構(gòu)件5，不相鄰的直筒形防撞構(gòu)件4通過連桿6串聯(lián)或者并聯(lián)構(gòu)成條狀防撞裝置，連桿6選用索、不銹鋼鏈、纜繩、鋼絞線的一種；相鄰且相互連接的直筒形防撞構(gòu)件4之間或者直筒形防撞構(gòu)件4和彎筒形防撞構(gòu)件5之間或者彎筒形防撞構(gòu)件5之間通過承插式法蘭7和螺栓8相連構(gòu)成環(huán)狀或C型防撞裝置，該金屬螺栓8或者復(fù)合材料螺栓8沿承插式法蘭7的圓周方向間隔設(shè)置。因為完整的防撞裝置需與橋墩等被防護裝置接觸，并隨水位的變化而變化，為實現(xiàn)防撞裝置的上下浮動，在直筒形防撞構(gòu)件4的內(nèi)側(cè)設(shè)有萬向輪或者尼龍滾輪等類似結(jié)構(gòu)的滾動裝置9，承插式法蘭7的內(nèi)側(cè)設(shè)有類似于聚四氟乙烯滑板的滑動裝置10。另外考慮到橋墩各側(cè)所受船撞的風(fēng)險不同，直筒形防撞構(gòu)件4可制成等截面直筒形防撞構(gòu)件和變截面直筒形防撞構(gòu)件。實施例1
本發(fā)明的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，如圖4(a)所示。直筒形防撞構(gòu)件4采用玄武巖纖維布與乙烯基酯樹脂通過纏繞工藝制備形成復(fù)合材料管，兩端為圓球狀，殼體2內(nèi)填充無數(shù)個直徑較小的PE空心球作為空心裝置12，殼體2與空心裝置12之間緊密填充回收的橡膠粒作為緩沖耗能材料11，然后通過連桿6將若干根復(fù)合材料直筒形防撞構(gòu)件4串接為水平防撞體，尤其適用于碼頭防撞需要等。實施例2
本發(fā)明的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，如圖5(a)所示。直筒形防撞構(gòu)件4采用玻璃纖維與不飽和聚酯樹脂通過纏繞工藝制備，彎筒形防撞構(gòu)件5采用手糊工藝制備；直筒形防撞構(gòu)件4和彎筒形防撞構(gòu)件5內(nèi)均填充聚苯泡沫砂漿作為緩沖耗能材料11 ；采用承插式法蘭7和螺栓8將直筒形防撞構(gòu)件4和彎筒形防撞構(gòu)件5連接成一個完整的等截面長方形環(huán)狀裝置；在直筒形防撞構(gòu)件4與橋墩接觸側(cè)安裝尼龍滾輪作為滾動裝置9，承插式法蘭7與橋墩接觸側(cè)安裝聚四氟乙烯滑板作為滑動裝置10。實施例3
本發(fā)明的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，如圖5(b)所示。直筒形防撞構(gòu)件4采用玻璃纖維布、砂布與不飽和聚酯樹脂通過纏繞工藝制備形成復(fù)合材料夾砂管，彎筒形防撞構(gòu)件5 也采用纏繞工藝制備；殼體2內(nèi)填充直徑較大、兩端封閉的復(fù)合材料纏繞管作為空心裝置 12，空心裝置12與殼體2之間緊密填充中粗砂作為緩沖耗能材料11，采用承插式法蘭7和螺栓8將變截面的直筒形防撞構(gòu)件4和彎筒形防撞構(gòu)件5連接成一個完整的變截面長方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的復(fù)合材料橋梁防撞裝置采用纏繞成型工藝制備，具體流程如下
a.制備一套大型木或玻璃鋼模具，在模具上采用真空導(dǎo)入工藝或手糊工藝制備連接法
ΛΑ --，
b.制備一套筒狀模具，在模具上采用纏繞工藝將浸過不飽和聚酯樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維布帶按照一定角度纏繞到芯模與兩端法蘭上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得帶有法蘭的筒狀制品；
c.將部分直筒形構(gòu)件切割成3段帶有角度的部件，將部件拼在一起，在內(nèi)側(cè)和外側(cè)同時纏繞或手糊玻璃纖維布，形成彎筒形構(gòu)件；
d.在直筒形構(gòu)件和彎筒形構(gòu)件上安裝滾動裝置，同時在直筒形構(gòu)件和彎筒形構(gòu)件上開孔手糊帶有蓋子的艙口，然后往艙口內(nèi)灌入緩沖吸能材料；
e.將兩端密閉的直筒形防撞構(gòu)件和彎筒形防撞構(gòu)件運至現(xiàn)場，在岸上或淺灘區(qū)預(yù)拼裝成一個完成的環(huán)狀防撞圈，然后拆成1/2圓防撞單元，圍繞橋墩四周，采用法蘭和螺栓連成整體的復(fù)合材料防撞系統(tǒng)，同時在法蘭的內(nèi)側(cè)加裝滑動裝置。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，包括防撞單元(1)，防撞單元(1)由殼體(2)和填充在殼體(2)內(nèi)的填充材料體(3)構(gòu)成，其特征在于所述的防撞單元(1)包括直筒形防撞構(gòu)件(4)和彎筒形防撞構(gòu)件(5)，不相鄰的直筒形防撞構(gòu)件(4)通過連桿(6)串聯(lián)或者并聯(lián)構(gòu)成條狀防撞裝置，相鄰且相互連接的直筒形防撞構(gòu)件(4)之間或者直筒形防撞構(gòu)件(4)和彎筒形防撞構(gòu)件(5)之間或者彎筒形防撞構(gòu)件(5)之間通過承插式法蘭(7)和螺栓(8)相連構(gòu)成環(huán)狀或C型防撞結(jié)構(gòu)；所述的直筒形防撞構(gòu)件(4)的內(nèi)側(cè)設(shè)有滾動裝置(9)，承插式法蘭(7)的內(nèi)側(cè)設(shè)有滑動裝置(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的填充材料體 (3)為緩沖耗能材料(11)或者緩沖耗能材料(11)與空心裝置(12)的結(jié)合或者混凝土、空腹格構(gòu)體中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的緩沖耗能材料(11)為砂、聚苯顆粒泡沫與砂混合料、聚苯顆粒砂漿、橡膠粒、金屬砂、陶粒、石子、泡沫鋁、液體、混凝土、泡沫或毛竹中一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的空心裝置 (12)為封閉的鋼管、復(fù)合材料纏繞管、復(fù)合材料拉擠管、塑料管、毛竹、塑料空心球、復(fù)合材料空心球、金屬空心球的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的殼體(2)為玻璃纖維布、碳纖維布、玄武巖纖維布、芳綸纖維布中的一種與樹脂固化而成，玻璃纖維布為雙軸向布、多軸向布、網(wǎng)格布或纖維氈中的一種，樹脂為不飽和聚酯、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或無機樹脂中的一種；所述的殼體(2)為輕木或泡沫復(fù)合材料夾芯管、復(fù)合材料夾砂管、塑料、表層纏繞復(fù)合材料的金屬骨架中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的連桿(6)為索、不銹鋼鏈、纜繩、鋼絞線的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的螺栓(8)沿承插式法蘭(7)的圓周方向間隔設(shè)置，所述的螺栓(8)為金屬螺栓、復(fù)合材料螺栓的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的滾動裝置(9)包括萬向輪和尼龍滾輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的滑動裝置(10)為聚四氟乙烯滑板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，其特征在于所述的直筒形防撞構(gòu)件(4)包括等截面直筒形防撞構(gòu)件和變截面直筒形防撞構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種筒狀復(fù)合材料橋梁防撞裝置，包括防撞單元(1)，防撞單元(1)由殼體(2)和填充在殼體(2)內(nèi)的填充材料體(3)構(gòu)成，所述的防撞單元(1)包括直筒形防撞構(gòu)件(4)和彎筒形防撞構(gòu)件(5)，不相鄰的直筒形防撞構(gòu)件(4)通過連桿(6)串聯(lián)或者并聯(lián)構(gòu)成條狀防撞裝置，相鄰且相互連接的直筒形防撞構(gòu)件(4)之間或者直筒形防撞構(gòu)件(4)和彎筒形防撞構(gòu)件(5)之間或者彎筒形防撞構(gòu)件(5)之間通過承插式法蘭(7)和螺栓(8)相連構(gòu)成環(huán)狀或C型防撞裝置；所述的直筒形防撞構(gòu)件(4)的內(nèi)側(cè)設(shè)有滾動裝置(9)，承插式法蘭(7)的內(nèi)側(cè)設(shè)有滑動裝置(10)。本發(fā)明成本低，彈性變形大，防撞性能好。
文檔編號E02B3/26GK102251470SQ20111011889
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者劉偉慶, 莊勇, 方海, 陸偉東 申請人:南京工業(yè)大學(xué)