CN112301876B - 一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，该装置由固定框架、浮动内圈、浮块和转动喷腔组成。浮动内圈、浮块和转动喷腔半漂浮于水面，可沿固定框架可上下浮动，以适应水位的变化。转动喷腔由环形内壁和橡胶外壁围成多个独立凸形腔体，腔体底部布置喷头，水流可自由进出，撞击时腔内积水挤压喷出冲击底部浆片，导致转动喷腔旋转，及时改变船舶撞击方向，使船和桥墩尽早脱离，起到主动避撞的作用。该装置能有效利用船舶的撞击能量，将其转换为转动动能，主动及时引导船舶改变运动方向，减小撞击能量输入；同时转动喷腔采用橡胶外壁，不仅能有效延缓撞击时间，减小撞击力；还能自动弹性复位，实现重复避撞、无需更换和维修。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，属于桥梁桥墩结构船舶防撞减灾领域。
背景技术
近年来经济和交通事业的快速发展，在水运的航道上架设愈来愈多的桥梁工程，使得原有的航道变得狭小，与此同时航道上船舶等交通工具越来越多，其数量和吨位也不断增大，加之受到恶劣环境和疲劳驾驶等影响因素，现时常会发生船舶等撞击桥梁的事故。船舶撞击不仅会引起船舶破损、同时也会桥梁结构的破损，甚至引起桥梁结构垮塌，造成严重经济和社会影响。因此，为了保障行船和桥梁安全，有必要采取有效措施来避免桥梁墩台的船舶撞击或减小船舶撞击造成的破坏。
目前，为提高船舶撞击桥梁桥墩的安全性，现有防治做法主要包括以下三个方面：一是通过加强桥梁桥墩自身抵抗力，加强桥墩自身抵抗力的方法需要较高的桥梁建设经济成本；二是通过拓宽桥梁桥墩之间的间距，减小因拥堵或狭小而发生碰撞的概率；三是通过桥梁桥墩上设防防撞装置，现有防撞装置分为以护弦方式、绳索变形方式等直接方式和以桩群方式、人工岛方式等间接方式，已成为较为普遍的桥梁防撞手段。
现有的桥墩防撞装置各有其特点，但多数属于被动压缩抗力减灾装置，主要通过防撞装置和材料的撞击变形来延缓撞击时间或消耗撞击能量，其总体思路是如何减小和消耗船舶的撞击能量，少有防撞装置关注如何利用和转换撞击能量，将其用于桥梁防撞减灾。此外，理想的桥墩防撞装置还应该使撞击船舶尽早脱离桥梁墩台，减少撞击能量输入，同时能够具备多次重复防撞、便于维修和更换等特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，能够有效的解决上述问题，具体技术方案如下：
一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，该装置外包于桥墩，由内到外依次布置固定框架、浮动内圈、浮块和转动喷腔组成，所述的固定框架由3-6根平行墩轴线的直杆通过2-4道环箍固定于桥墩周围，固定框架布置在河流常水位变化范围内，其长度长于河流常水位变化高差；所述的浮动内圈由2-4道环形轴承基座通过环形钢板连接，基座内侧设置与固定框架直杆匹配的凹槽，基座外侧设有横向转动滑槽，浮动内圈可沿固定框架上下滑动；所述的转动喷腔由环形内壁和橡胶外壁通过压条围成多个独立凸形腔体，环形内壁内侧设有滑槽与浮动内圈基座外侧的滑槽相匹配，对应滑槽内通过数个小钢球将两者进行连接以实现喷腔转动；所述的浮块置于浮动内圈和转动喷腔之间，并与浮动内圈固定。
进一步地，所述的浮动内圈、浮块和转动喷腔连构成分布部件，随水位变化可整体沿固定框架可上下滑动；所述的转动喷腔在腔内喷水冲击作用下可绕浮动内圈转动。
进一步地，所述的浮动内圈其底部布置多个垂直浆片，以连排桥墩轴切面为界，桥墩轴切面左右两侧的垂直浆片其平面分别与桥墩轴线呈正负45度角布置。
进一步地，所述的转动喷腔橡胶外壁通过压条或胶黏与环形内壁围成4-8个独立凸形腔体，各凸形腔体可分为多个腔室，其中最内部腔体底部布置有喷头，喷头布置在浆片投影面内并与环形内壁固定，水流可通过喷头流入和喷出腔体。
进一步地，所述的浮块其材质可为橡胶、塑料、泡沫或轻质复合材料，其形状可为环状空心块或实心块，其体积由避撞装置的相对重量决定，使避撞装置半漂浮于水中。
进一步地，所述的固定框架、浮动内圈和转动喷腔环形内壁其材质可以为钢材，也可以采用复合纤维材料。
本发明的有益效果：该装置能有效利用船舶的撞击能量，将其转换为转动动能，主动及时引导船舶改变运动方向，减小撞击能量输入；特别是浮动内圈底部不同方向浆片的设置，可以使的撞击作用下防撞装置左撞左转、右撞右转及时纠正撞击船舶行驶方向，减少船舶和桥墩损伤；同时转动喷腔采用橡胶外壁，不仅能有效延缓撞击时间，减小撞击力，还能自动弹性复位，实现重复避撞、无需更换和维修。此外，浮动内圈、浮块和转动喷腔半漂浮于水面，可沿固定框架可上下浮动，可以适应水位的变化。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明中桥墩主动避撞装置在桥墩上的安装示意图；
图2为本发明中桥墩主动避撞装置俯视示意图；
图3为本发明中桥墩主动避撞装置断面示意图；
图4为本发明中的桥墩主动避撞装置组合和拆分示意图；
附图标记：1桥墩；2固定框架；2.1直杆；2.2环箍；3浮动内圈；3.1环形轴承基座；3.2环形钢板；4转动喷腔；4.1环形内壁；4.2橡胶外壁；4.3喷头；4.4压条；5小钢球；6浮块；7浆片；8栓钉。
具体实施方式
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。对所叙述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，故并非用以限制本发明所欲保护之范畴，合先叙明。
结合参考图1至图4所示，其显示本专利的第一较佳实施例，一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，该装置由内到外依次布置固定框架、浮动内圈、浮块和转动喷腔组成，其转动喷腔配合浮动内圈具备有效利用船舶的撞击能量，将其转换为转动动能，主动及时引导船舶改变运动方向，减小撞击能量输入；同时能有效延缓撞击时间，减小撞击力，还能自动弹性复位，实现重复避撞、无需更换和维修。
本实施例设计方案具体如以下：
一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，该装置外包于桥墩1，由内到外依次布置固定框架2、浮动内圈3、浮块6和转动喷腔4组成，所述的固定框架2由3-6根平行墩轴线的直杆2.1通过2-4道环箍2.2固定于桥墩1周围，固定框架2布置在河流常水位变化范围内，其长度长于河流常水位变化高差；所述的浮动内圈3由2-4道环形轴承基座3.1通过环形钢板3.2连接，基座内侧设置与固定框架2直杆匹配的凹槽，基座外侧设有横向转动滑槽，浮动内圈3可沿固定框架2上下滑动；所述的转动喷腔4由环形内壁4.1和橡胶外壁4.2通过压条4.4围成多个独立凸形腔体，环形内壁4.4内侧设有滑槽与浮动内圈3基座外侧的滑槽相匹配，对应滑槽内通过数个小钢球5将两者进行连接以实现喷腔转动；所述的浮块6置于浮动内圈3和转动喷腔4之间，并与浮动内圈3固定。
所述的浮动内圈3、浮块6和转动喷腔4连构成分布部件，随水位变化可整体沿固定框架2可上下滑动；所述的转动喷腔4在腔内喷水冲击作用下可绕浮动内圈3转动。
所述的浮动内圈3其底部布置多个垂直浆片7，以连排桥墩轴切面为界，桥墩轴切面左右两侧的垂直浆片其平面分别与桥墩轴线呈正负45度角布置。
所述的转动喷腔4橡胶外壁4.2通过压条4.4或胶黏与环形内壁4.1围成4-8个独立凸形腔体，各凸形腔体可分为多个腔室，其中最内部腔体底部布置有喷头4.3，喷头4.3布置在浆片7投影面内并与环形内壁4.1固定，水流可通过喷头4.3流入和喷出腔体。
所述的浮块6其材质可为橡胶、塑料、泡沫或轻质复合材料，其形状可为环状空心块或实心块，其体积由避撞装置的相对重量决定，使避撞装置半漂浮于水中。
所述的固定框架2、浮动内圈3和转动喷腔4环形内壁4.1其材质可以为钢材，也可以采用复合纤维材料。
申请人声明，所述技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某步骤，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些步骤的其他实施方式。
上述实施例中，一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，该装置由内到外依次布置固定框架、浮动内圈、浮块和转动喷腔组成，其各防撞零件相互独立，便于独立运输和安装；同时转动喷腔配合浮动内圈具备有效利用船舶的撞击能量，将其转换为转动动能，主动及时引导船舶改变运动方向，减小撞击能量输入；该装置同时具备有效延缓撞击时间，减小撞击力，还能自动弹性复位，实现重复避撞、无需更换和维修，是一种理想的主动避撞装置。
技术原理：本发明所提供的一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，其实质是由转动喷腔4配合浮动内圈3利用撞击水动力在腔内喷水冲击作用在浆片7下绕中心轴转动的主动避撞结构。首先，该装置外包于桥墩1，由内到外依次布置固定框架2、浮动内圈3、浮块6和转动喷腔4组成，各零件相互独立，便于安装施工和维修保养；同时该桥墩主动避撞装置能够浮在水面上沿固定框架2随着水位变化上下浮动，保证装置始终处于船舶的撞击范围，避免了水位的变化而使得起不到防护作用，有效保护了桥墩1和船舶的安全。其次，转动喷腔4由环形内壁4.1和橡胶外壁4.2通过压条4.4和栓钉8围成多个独立凸形腔体，不仅利用刚度小的橡胶材料形成气腔和喷水腔的优势，能有效延缓撞击时间，减小撞击力，有效降低船舶撞击缓冲时的损坏程度，促使人、船舶以及桥墩1得到有效安全保证；还能自动弹性复位，实现重复避撞、无需更换和维修；同时配合浮动内圈3进行绕中心轴喷腔转动，其浮动内圈3底部不同方向浆片7的设置，可以使的撞击作用下防撞装置左撞左转、右撞右转及时纠正撞击船舶行驶方向，有效利用船舶的撞击能量，将其转换为转动动能，主动及时引导船舶改变运动方向，减小撞击能量输入，使得船舶和桥墩1得到安全保障。相对于传统防撞装置受到船舶撞击时多数属于被动压缩抗力减灾装置，主要通过防撞装置和材料的撞击变形来延缓撞击时间或消耗撞击能量，其船舶和桥墩1产生巨大的相互作用力，人、船舶以及桥墩1三者同时受到巨大损伤，其主要针对如何减小和消耗船舶的撞击能量。而本发明是转动喷腔4由环形内壁4.1和橡胶外壁4.2围成多个独立凸形腔体，腔体底部布置喷头4.3，水流可自由进出，撞击时腔内积水挤压喷出冲击底部浆片7，产生推动作用力，导致转动喷腔4旋转，及时改变船舶撞击方向，使船和桥墩尽早脱离，起到主动避撞的作用，使得该装置吸能与主动避撞转动同时进行，尤其对不同冲击能量下的船舶撞击均具有良好的缓冲适应性。此外，腔体底部布置有喷头4.3，喷头4.3布置在浆片7投影面内并与环形内壁4.1固定，腔体内水流可通过喷头4.3流入和喷出腔体，还能自动弹性复位的循环利用，具而实现重复避撞、无需更换和维修，使其经济节约并且非常方便。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的装置结构及实现方法，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述结构及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，其特征在于，该装置外包于桥墩，由内到外依次布置固定框架、滑动内圈、浮块和转动喷腔组成，所述的固定框架由3-6根平行墩轴线的直杆通过2-4道环箍固定于桥墩周围，固定框架布置在河流常水位变化范围内，其长度长于河流常水位变化高差；所述的滑动内圈由2-4道环形轴承基座通过环形钢板连接，基座内侧设置与固定框架直杆匹配的凹槽，基座外侧设有横向转动滑槽，滑动内圈可沿固定框架上下滑动；所述的转动喷腔由环形内壁和橡胶外壁通过压条围成多个独立凸形腔体，环形内壁内侧设有滑槽与滑动内圈基座外侧的滑槽相匹配，对应滑槽内通过数个小钢球将两者进行连接以实现喷腔转动；所述的浮块置于滑动内圈和转动喷腔之间，并与滑动内圈固定；所述的滑动内圈、浮块和转动喷腔连构成分布部件，随水位变化沿固定框架可上下滑动；所述的转动喷腔在腔内喷水冲击作用下可绕滑动内圈转动；所述的滑动内圈其底部布置多个垂直浆片，以连排桥墩轴切面为界，桥墩轴切面左右两侧的垂直浆片其平面分别与桥墩轴线呈正负45度角布置。
2.根据权利要求1所述的一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，其特征在于，所述的转动喷腔橡胶外壁通过压条或胶黏与环形内壁围成4-8个独立凸形腔体，腔体底部布置有喷头，喷头布置在浆片投影面内并与环形内壁固定，水流通过喷头流入和喷出腔体。
3.根据权利要求1所述的一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，其特征在于，所述的浮块其材质为橡胶、塑料、泡沫或轻质复合材料，其形状为环状空心块或实心块，其体积由避撞装置的相对重量决定，使避撞装置半漂浮于水中。
4.根据权利要求1所述的一种基于撞击水动力的桥墩主动避撞装置，其特征在于，所述的固定框架、滑动内圈和转动喷腔环形内壁其材质为钢材或复合纤维材料。
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