CN107090790A - 一种柔性蜂窝结构防撞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁工程建设中安全防护设备领域，具体涉及一种柔性蜂窝结构防撞装置，包括依次包覆在桥墩***的内层防撞圈和外层防撞圈，内层防撞圈的主体结构包括同轴套设的两柔性板和夹在两柔性板之间的蜂窝结构，蜂窝结构由柔性材料制成，蜂窝结构由若干个多边形孔体紧密排列构成，外层防撞圈为包覆在一层刚性材料，内层防撞圈和外层防撞圈在接口处通过一连接装置连接固定。本发明的防撞装置同时具有良好的刚度以及柔性，碰撞时能产生较大变形以及优异的吸能效果，同时保护桥墩和车辆，且能主动适应各种类型的桥墩，安装迅速且方便，大大降低了时间以及经济成本，尤其适用于各类桥墩的防撞设计。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程建设中安全防护设备领域，更具体地，涉及一种柔性蜂窝结构防撞装置，其能够同时保护桥墩以及车辆，且能主动适应各种形式和尺寸的桥墩。
背景技术
随着我国交通事业的蓬勃发展，跨线桥等许多大桥越来越多，在缓解交通压力的同时也带来了诸多的交通事故隐患，比如高速行驶的汽车与桥墩相撞的惨案并不少见。因此，对桥墩防止车撞装置的研究十分有意义和必要性。
目前，国内主流的防撞装置大都是弹性变形防撞设施以及压坏变形防撞设施。其基本原理都是通过利用防撞装置与车辆接触产生的弹性材料形变以及钢板等骨材的破坏等来吸收能量，从而起到缓冲的作用来保护桥梁。常用的是钢结构变形吸能装置，该消能设施利用钢材塑性变形破损吸能，当汽车撞击防撞装置时，防撞结构钢板发生大变形，吸收部分碰撞能量，并且延长了接触时间，使撞击力峰值得以降低，同时由于结构变形和相互作用，以及防撞装置并未固定可以自由转动，从而拨动车头方向，减少了车辆与结构间的能量交换。但是现有装置主体采大部分采用钢材料，碰撞时形变往往过小或者不足，吸能效果不够理想，而且由于整体刚性太大，对于车辆的保护效果有限。而且现有的防撞装置设计安装时需要根据桥墩自身的位置，外形形状，车流量以及周围环境条件等多重因素来进行。因此现阶段的桥梁防撞装置必须按照对应桥梁的具体条件定制，而且装置大都是直接焊接在基座之上，从而带来的一系列如造价高，保养费高，维修费用高的缺点，而且由于设计生产往往会耗费较多时间，更是无形之中增加了很多时间成本。普遍的桥梁防撞装置的造价都在几百万甚至千万的级别，然而往往如此高成本的装置在经受一次撞击之后就会收到不可恢复的破坏，如此一来，造成了极大的经济价值的损失。
总而言之，在现有的技术中，绝大部分的防撞装置的主体都是由刚度很大的钢箱等结构构成的，虽然这样保证了防撞装置的刚度，但是还存在以下缺陷和不足：(1)碰撞时传统防撞装置的结构变形小，吸能效果一般，导致传统防撞装置对于桥墩保护效果能达到要求，但是对车辆的保护能力却不足，(2)传统结构的防撞装置需要根据桥墩的各个参数来提前设计制造，耗费时间长，经济成本高，(3)传统的结构由于其外形特点以及本身的材料特性，普遍存在安装不便等缺点。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，找到一种新的结构形式的防撞装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性蜂窝结构防撞装置，其由弹性材料制成的内层防撞圈和刚性材料制成的外层防撞圈构成，内层防撞圈为柔性材料制成的蜂窝结构，且内部填充有吸能材料，同时具有良好的刚度以及柔性，碰撞时能产生较大变形以及优异的吸能效果，同时保护了桥墩以及车辆。且该结构能够提前生产，主动适应各种类型的桥墩，安装迅速且方便，大大降低了时间以及经济成本，尤其适用于各类桥墩的防撞设计。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性蜂窝结构防撞装置，其特征在于，包括依次包覆在桥墩***的内层防撞圈和外层防撞圈，
所述内层防撞圈的主体结构包括同轴套设的两柔性板和夹在两柔性板之间的蜂窝结构，所述蜂窝结构由柔性材料制成，所述蜂窝结构由若干个多边形孔体紧密排列构成，相邻的多边形孔体之间共用邻边，所述外层防撞圈为包覆在内层防撞圈外侧的一层刚性材料，所述内层防撞圈和外层防撞圈的接口设置在同一位置处，在接口处通过一连接装置将内层防撞圈和外层防撞圈连接固定。
具体地，所述外层防撞圈为弧面结构，在遇到碰撞时，能弯曲成球面，有效地将应力均匀分散，减少应力集中造成的局部结构破坏。而内层防撞圈采用蜂窝状的主体结构，能够增加结构的柔性，有效地吸收能量起到缓冲作用，在保证整体刚度的同时还能减轻整体结构的重量。外层防撞圈和内层防撞圈结合共同构成防撞装置，具有良好的防撞吸收缓冲的作用。而其通过连接装置固定，则方便在损坏后进行更换。
进一步优选地，所述多边形孔体为垂直于桥墩中心线方向设置的通孔，相邻多边形孔体之间紧密排列。采用具有空腔的多边形孔体能够有效地吸收缓冲和减轻重量，而根据需要将多边形孔体采用垂直于桥墩中心线方向，则能够极大地吸收碰撞时的能量，减少对桥墩和车辆的损坏。
优选地，所述内层防撞圈的多边形孔体的形状为正六边形、正四边形或正八边形。较多的比较试验表明，正多边形的多边形孔体构成的蜂窝状结构，其结构整齐均匀，能有效地将外界冲击力均匀分散，其缓冲效果更好。
优选地，所述蜂窝结构的主体结构为聚氨酯材料。聚氨酯材料质地柔软，在破坏变形时对车辆的反作用力大大降低，相较于传统装置可以更好的保护车辆，降低损失。
优选地，所述多边形孔体内部填充有吸能材料，该吸能材料为聚氨酯泡沫、玻璃泡沫、pvc泡沫或泡沫铝。上述材料均为泡沫状结构，质量轻，且能够有效提高缓震吸能效果，减少对车辆和桥墩的冲击。
优选地，所述外层防撞圈由钢板制成。
优选地，所述连接装置为“工字型”的夹扣，所述内层防撞圈和外层防撞圈接口的两端分别卡入夹扣的两侧，所述夹扣上下梁的对应位置设置有多个穿孔，螺栓穿过内、外层防撞圈和穿孔，将内层防撞圈和外层防撞圈连接固定。
优选地，所述夹扣由高强度钢或柔性材料制成。
较多的比较试验表明，采用“工字型”夹扣不仅能够实现内外层防撞圈的连接固定，而且由于其采用对称结构，占用空间小，安装简便，使得防撞圈可以截取任意长度，使本发明的防撞装置能够主动适应各种桥墩的特性，而采用高强度钢或柔性材料则能够适应不同场合的使用需要。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的防撞装置采用外层防撞圈和内层防撞圈结合共同构成，具有良好的防撞吸收缓冲的作用。内层防撞圈主体采用蜂窝状结构以及柔性材料，在保证刚度足够的同时增加了结构的柔性，降低了结构的重量，同时具有良好的耐撞性。弹性体制成的内层防撞圈与刚性材料制成的外层防撞圈连接在一起，使刚性材料和弹性体芯材在碰撞时能作为一个整体弯曲成球面，使撞击点的受力比传统的加筋板结构应力分布更为均匀，减小局部结构实效破坏，从而提高防撞装置夹层板结构的横向极限承载能力和耐撞性。
(2)本发明的内层防撞圈采用具有空腔的多边形孔体，能够有效地吸收缓冲和减轻重量，采进一步采用正六边形的多边形孔体构成的蜂窝状结构，其结构整齐均匀，能有效地将外界冲击力均匀分散，其缓冲效果更好。所述多边形孔体内部填充有吸能材料，则进一步加强了其缓震吸能效果，使整体的结构在收到碰撞冲击载荷时能充分缓冲、吸收能量，尤其能够减对于车辆的损坏。
(3)本发明的蜂窝结构采用聚氨酯材料，其质地柔软，在破坏变形时对车辆的反作用力大大降低，相较于传统装置可以更好的保护车辆，降低损失。而吸能材料为聚氨酯泡沫、玻璃泡沫、pvc泡沫或泡沫铝，上述材料均为泡沫状结构，质量轻，且能够有效提高缓震吸能效果，减少对车辆和桥墩的冲击。
(4)本发明采用“工字型”夹扣不仅能够实现内外层防撞圈的连接固定，而且由于其采用对称结构，占用空间小，安装简便，使得防撞圈可以截取任意长度，使本发明的防撞装置能够主动适应各种桥墩的特性，而采用高强度钢或柔性材料则能够适应不同场合的使用需要。
(5)本发明由于聚氨酯材质柔软的特性，可以任意截取合适的长度，从而能够主动适应各种形式的桥墩，可以直接在现场包裹安装。相比于传统装置需要被动设计制造，省去了设计形式，制作模具等过程，大大降低了防撞装置的设计、生产、运输以及安装的成本，适合大规模推广使用。
附图说明
图1是本发明的防撞装置的基本结构图；
图2是图1中防撞装置的A-A截面剖视图；
图3是本发明的防撞装置与不同形状的桥墩的适应示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-外层防撞圈，2-内层防撞圈，3-多边形孔体，4-连接装置，5-螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明的一种柔性蜂窝结构防撞装置的结构示意图，如图所示，包括依次包覆在桥墩***的内层防撞圈和外层防撞圈，
所述内层防撞圈的主体结构包括同轴套设的两柔性板和夹在两柔性板之间的蜂窝结构，所述蜂窝结构由柔性材料制成，所述蜂窝结构由若干个多边形孔体紧密排列构成，相邻的多边形孔体之间共用邻边，所述外层防撞圈为包覆在内层防撞圈外侧的一层刚性材料，所述内层防撞圈和外层防撞圈的接口设置在同一位置处，在接口处通过一连接装置将内层防撞圈和外层防撞圈连接固定。
在本发明的一个具体实施例中，所述多边形孔体为垂直于桥墩中心线方向设置的通孔，相邻多边形孔体之间紧密排列。该多边形孔体的形状可以为正六边形、正四边形或正八边形等任意合适形式。
在本发明的另一个具体实施例中，所述蜂窝结构的主体结构为聚氨酯材料。所述多边形孔体内部可以填充有吸能材料，该吸能材料优选为聚氨酯泡沫、玻璃泡沫、pvc泡沫或泡沫铝。而所述外层防撞圈可以由钢板制成。
在本发明的另一个具体实施例中，所述连接装置为“工字型”的夹扣，所述内层防撞圈和外层防撞圈接口的两端分别卡入夹扣的两侧，所述夹扣上下梁的对应位置设置有多个穿孔，螺栓穿过内、外层防撞圈和穿孔，将内层防撞圈和外层防撞圈连接固定。所述夹扣由高强度钢或柔性材料制成。
为更好地解释本发明，下面给出具体实施例：
参照附图1(基本结构图)，一种柔性蜂窝结构防撞装置包括环绕在桥墩周围的一层柔性聚氨酯制成的内层防撞圈2，内层防撞圈2的主体上设置有多个正六边形孔体3。在内层防撞圈2的外表面附有一层钢板形成外层防撞圈1。在内层防撞圈2和外层防撞圈1的接头处，两防撞圈分别卡入“工字型”卡扣4的两侧，通过螺栓5以栓接的方式连接固定于桥墩之上。
参照附图1，聚氨酯材料的内层防撞圈2保证了装置主体具有良好的变形吸能效果，同时由于材质本身的特性也能更好的保护车辆。正六边形孔体3内填充的聚氨酯泡沫，可以有效提高缓震吸能效果，而且减轻了主体的重量，方便运输安装，降低成本。外层钢板1则保证了装置的刚度，有效降低了装置在碰撞时出现的失效的概率，且能够和内层防撞圈形成一个整体来提供更好的保护效果。“工字型”夹扣，采用对称结构，占用空间小，安装简便，使得防撞圈可以截取任意长度，保证了结构主动适应各种桥墩的特性。
在车辆由于各种不可控原因撞上桥墩时，首先与外层钢板接触，然后将撞击力传输到内层蜂窝状防撞圈。由于正六边形开孔以及填充物的存在，以及内层聚氨酯材质的特性，内层防撞圈产生较大形变，将刚性碰撞转化为弹塑性碰撞，吸收了大量能量且有效降低了车辆的速度，同时保护了桥墩以及车辆。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柔性蜂窝结构防撞装置，其特征在于，包括依次包覆在桥墩***的内层防撞圈(2)和外层防撞圈(1)，
所述内层防撞圈(2)的主体结构包括同轴套设的两柔性板和夹在两柔性板之间蜂窝结构，所述蜂窝结构采用柔性材料制成，所述蜂窝结构由若干个多边形孔体(3)紧密排列构成，相邻的多边形孔体(3)之间共用邻边，所述外层防撞圈(1)为包覆在内层防撞圈(2)外侧的一层刚性材料，所述内层防撞圈(2)和外层防撞圈(1)的接口设置在同一位置处，在接口处通过一连接装置(4)将内层防撞圈(2)和外层防撞圈(1)连接固定。
2.如权利要求1所述的防撞装置，其特征在于，所述多边形孔体(3)为垂直于桥墩中心线方向设置的通孔，相邻多边形孔体(3)之间紧密排列。
3.如权利要求1或2所述的防撞装置，其特征在于，所述内层防撞圈(2)的多边形孔体(3)的形状为正六边形、正四边形或正八边形。
4.如权利要求3所述的防撞装置，其特征在于，所述蜂窝结构的主体结构为聚氨酯材料。
5.如权利要求4所述的防撞装置，其特征在于，所述多边形孔体(3)内部填充有吸能材料，该吸能材料为聚氨酯泡沫、玻璃泡沫、pvc泡沫或泡沫铝。
6.如权利要求5所述的防撞装置，其特征在于，所述外层防撞圈(1)由钢板制成。
7.如权利要求6所述的防撞装置，其特征在于，所述连接装置(4)为“工字型”的夹扣，所述内层防撞圈(2)和外层防撞圈(1)接口的两端分别卡入夹扣的两侧，所述夹扣上下梁的对应位置设置有多个穿孔，螺栓(5)穿过内、外层防撞圈和穿孔，将内层防撞圈(2)和外层防撞圈(1)连接固定。
8.如权利要求7所述的防撞装置，其特征在于，所述夹扣由高强度钢或柔性材料制成。
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