一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置

摘要

本发明公开了一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，包括主护筒、预留间隙、粘滞流体液、次护筒、螺栓、挡板。本发明通过在墩(柱)上安装新型耗能装置，当墩(柱)受到强撞击荷载作用时，首先由主护筒承受撞击荷载，同时通过变形以消耗撞击能量，实现一级耗能；为防止由于撞击荷载太大而超出主护筒所抵抗的极限，主护筒可绕墩(柱)中轴线旋转，可转移过大的撞击荷载，实现二级耗能；主护筒在旋转的同时，通过主护筒与次护筒之间的粘滞流体液耗能，实现三级耗能，避免混凝土柱被撞断裂。该装置可用于防止墩(柱)受强撞击荷载失效而引起的结构倒塌，解决了传统采用外包钢管等墩(柱)抗冲击荷载性能差、延性低、造价高、占用空间大的缺点。

权利要求

1.一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：包括次护筒、预留间隙、粘滞性流体液、主护筒、螺栓、挡板，所述次护筒外包粘接固定在墩或柱上，所述主护筒外套在次护筒外侧，主护筒与次护筒之间有预留间隙，主护筒顶端设有预留孔，通过预留孔向预留间隙中填充粘滞性流体液，并利用螺栓进行封闭，所述主护筒和预留间隙的底面设有挡板，挡板与次护筒底部侧面焊接，所述主护筒、次护筒、粘滞性流体液、螺栓和挡板共同组成多级防撞击装置。

2.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述墩或柱的钢筋骨架及混凝土与次护筒进行现浇固定粘结。

3.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述主护筒为粘弹性高阻尼的复合材料，主护筒的粘接缝通过胶粘剂进行粘结。

4.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述次护筒为钢材组成的钢管，材料为低碳钢材料。

5.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述主护筒和次护筒高度为墩或柱高度的1/2 2/3, 截面为圆筒形。

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6.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述主护筒筒壁厚设置为200mm-300mm，所述次护筒筒壁厚度为5mm-8mm，所述主护筒与次护筒之间的间隙为10mm-20mm。

7.根据权利要求1所述的一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，其特征在于：所述挡板板厚设置为10mm。

说明书

一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用新型复合材料及粘滞性流体液制备的圆形截面墩(柱)的多级防撞击装置，尤其适用于圆形截面桥墩、水上建筑(钻井平台)、陆上建筑、地下建筑(地铁站房柱)。

背景技术

[0002] 随着我国基础设施建设的不断完善，超长超大跨桥梁、大跨度建筑结构、高速铁路及地下铁路规模不断扩大，保障结构安全尤为重要。船撞事故、列车脱轨撞击事故频频发生，造成了难以承受的生命、财产损失。事实表明，桥梁、建筑因撞击发生事故的主要原因由下部结构构件的失效引起。墩(柱)作为土木结构的主要竖向受力构件，对保证结构的安全使用至关重要，其承受着来自上部结构的静、动力荷载作用。在撞击荷载作用下，墩(柱)安全是保证上部结构安全的前提。如果墩(柱)受撞击荷载作用产生损伤甚至断裂，则会影响结构的正常使用，恶劣情形下将造成巨大的生命或财产损失。

[0003] 目前，国内外学者关于防撞装置做了许多研究，提出了许多防撞击装置，既有的防撞装置大多以提高结构构件刚度与增强结构构件变形能力为主。如钢桁架和复合材料组成的桥墩混合防撞系统，利用钢桁架和复合材料自浮式防撞圈耗能，增强桥墩的抗撞击性能，该防撞装置形式单一，在强撞击荷载作用下难以满足设计目标；采用实心夹层钢管混凝土或内配型钢钢管混凝土柱代替传统的的钢筋混凝土柱，依旧存在延性低，抗变形能力差，造价高、占用空间大的缺点，强撞击荷载作用下构件易失效；采用钢性材料与柔性材料交替的防撞装置，只能通过发生一定变形消耗能量，强撞击荷载作用下依旧存在抗撞击性能不足的问题。随着因撞击引起结构破坏的事故频发，越来越多的结构都采取了加固措施，但主要是在运用传统材料加固方式的基础上采用新型材料的单一加固方式。

[0004] 粘弹性高阻尼复合材料是由两种或两种以上的不同性质的材料组成的具有新功能的材料，在性能上互相取长补短，产生协同效应，使其具有单一材料无法比拟的优越性能，具有比强度高、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好及减振性能好等诸多优点。同时，在受到外部荷载时，利用材料自身的粘弹性进行阻尼耗能，通过分子链之间的粘性内摩擦将外部能量转化为热能，来消耗外部能量，如粘弹性高阻尼橡胶材料，此材料广泛用于桥梁、建筑领域。

[0005] 胶接(粘合、粘接、胶结、胶粘)是指同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的技术，具有应力分布连续，重量轻，或密封，多数工艺温度低等特点。常用的结构胶粘剂有环氧树脂类、聚氨酯类、有机硅类、聚酰亚胺类等热固性胶粘剂，聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类等热塑性胶粘剂。其中，聚氨酯胶粘剂具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，适用于各种结构性粘合领域，并具备优异的柔韧特性，能适应不同热膨胀系数基材的粘合，不仅粘接力强，同时还具有优异的缓冲、减震功能。聚氨酯胶粘剂的低温和超低温性能超过所有其他类型的胶粘剂。

[0006] 为了保障整体结构的安全，结构底部受力构件的性能安全至关重要。一些已建成的桥梁、建筑结构已经对桥墩、底部柱采取了防撞措施，墩(柱)的防撞击已成为土木工程领域的研究热点，然而，针对圆形截面墩(柱)的特点及现有的单一的加固方式，需要研究新型的圆形截面墩(柱)多级防护装置。

发明内容

[0007] 本发明的目的是针对现有的墩(柱)单一型防撞装置成本高、占用空间大、延性低、抗腐蚀性能低的不足，提供一种圆形截面墩(柱)的多级防撞装置，变形能力强、抗腐蚀性能强、耗能性能好，可实现多级耗能，可用于圆形截面桥墩、建筑结构底层柱的防撞。

[0008] 本发明采用的技术方案为：一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，包括次护筒、预留间隙、粘滞性流体液、主护筒、螺栓、挡板，所述次护筒外包粘接固定在墩或柱上，所述主护筒外套在次护筒外侧，主护筒与次护筒之间有一定的预留间隙，主护筒顶端设有预留孔，通过预留孔向预留间隙中填充粘滞性流体液，并利用螺栓进行封闭，所述主护筒和预留间隙的底面设有挡板，挡板与次护筒底部侧面焊接，所述主护筒、次护筒、粘滞性流体液、螺栓和挡板共同组成多级防撞击装置，并固定于墩或柱，实现墩或柱的全方位防护。

[0009] 作为优选，所述墩或柱的钢筋骨架及混凝土与次护筒进行现浇，实现固定粘结。

[0010] 作为优选，所述主护筒为粘弹性高阻尼的复合材料，如粘弹性高阻尼橡胶材，具有一定厚度和强变形能力；主护筒的粘接缝通过胶粘剂进行粘结；所用胶粘剂具备优异的抗剪切强度和抗冲击特性，为防水、防腐蚀、抗风化、耐低温材料，如聚氨酯胶粘剂。

[0011] 作为优选，所述次护筒为钢材组成的钢管，材料为低碳钢材料。所述粘滞性流体液为粘滞性材料，具有一定的粘滞性和流动性。

[0012] 作为优选，所述主护筒和次护筒高度为墩或柱高度的1/2～2/3,截面为圆筒形。

[0013] 作为优选，所述主护筒筒壁厚宜设置为200mm-300mm，所述次护筒筒壁厚度宜为 5mm-8mm，所述主护筒与次护筒之间的间隙宜为10mm-20mm。

[0014] 作为优选，所述挡板板厚宜设置为10mm左右。

[0015] 上述圆形截面墩或柱多级防撞击装置的施工方法：

[0016] a.采用碳素钢材料制备的钢管作为次护筒，将制作好的钢筋笼插入次护筒，现场浇筑混凝土；

[0017] b.制备一套主护筒模具，模具上预留好端部凹槽、凸起和孔洞，采用粘弹性高阻尼复合材料制备主护筒。

[0018] c.将制备好的主护筒、次护筒、粘结剂运送至施工现场，分两部分安装，粘接缝采用胶粘剂粘接。

[0019] d.从主护筒预留孔洞中注入粘滞性流体液，孔口采用螺栓封闭，组装成一个圆形截面墩或柱的多级防撞击装置。

[0020] 本发明的设计思想为实现多级耗能，在圆形截面墩(柱)上安装多级防撞击装置。工作原理：首先由主护筒承受撞击荷载，同时通过变形以消耗撞击能量，实现一级耗能；为防止由于撞击荷载太大而超出主护筒抵抗极限，主护筒可绕墩(柱)中轴线旋转，转移过大的撞击荷载，实现二级耗能；主护筒在旋转的同时，通过主护筒与次护筒之间的粘滞性流体液耗能，实现三级耗能，避免混凝土柱被撞断裂。

[0021] 有益效果：1、本发明所述主护筒的变形性能好，当承受的撞击荷载在容许荷载范围内时，变形后可自恢复。

[0022] 2、本发明所述主护筒可绕墩(柱)轴线旋转，当主护筒承受的强撞击荷载超过抵抗撞击极限荷载时，主护筒通过绕墩(柱)轴线旋转，可转移部分强撞击荷载。

[0023] 3、本发明所述主护筒可绕墩(柱)轴线旋转，在转动过程中，通过主护筒与次护筒之间填充的粘滞性流体液耗能。

[0024] 4、所述防撞击装置与单一的防撞击装置相比，墩(柱)不会因撞击荷载太大而被撞坏，且可以使任意方向的撞击荷载改变方向，安装、更换简便，占用空间小。

[0025] 5、本发明采用强粘弹性、抗腐蚀性能强的新型复合材料制备，具有强抗风化、耐热、抗冻及抗阳光辐射的性能。

[0026] 6、本发明占用空间小、结构简单而适用于圆形截面墩(柱)防撞，特别适用于公路桥梁墩、临近铁路、高速公路的建筑底层柱、列车站房柱的防撞等。

附图说明

[0027] 图1为该一种圆形截面墩(柱)的多级防撞击装置的俯视图；

[0028] 图2为图1中Ⅰ-Ⅰ处的剖面图；

[0029] 图3为图2中Ⅱ-Ⅱ处的剖面图；

[0030] 图4为图3中次护筒与挡板连接细部的俯视图；

[0031] 图5为图2中次护筒与挡板连接细部的剖面图；

[0032] 图6a为图2中预留孔的俯视图；

[0033] 图6b为图2中预留孔的剖面图；

[0034] 图7为图1中粘结缝连接细部的俯视图；

[0035] 图中有：墩或柱1；次护筒2；预留间隙3；粘滞性流体液4；主护筒5；粘接缝6；螺栓7；预留孔8；挡板9。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：

[0037] 本发明所述一种圆形截面墩或柱的多级防撞击装置，主要包括次护筒2、预留间隙 3、粘滞性流体液4、主护筒5、螺栓7及挡板9。如图1、2所示。

[0038] 所述次护筒2，将钢筋笼吊入次护筒2，通过现浇混凝土现浇为一体，如图1所示。次护筒2由低碳钢钢材制成。

[0039] 所述主护筒5为粘弹性高阻尼复合材料制成，套在次护筒2外周，以挡板9为竖向支撑，使得主护筒5可以绕墩或柱1轴线旋转，且主护筒5的粘接缝6采用胶结接缝，主护筒5与次护筒2之间留有一定的预留间隙3，如图3。

[0040] 所述预留间隙3贯穿于整个主护筒5与次护筒2接触面的内边界。如图3。

[0041] 所述粘滞性流体液4，通过预留孔8填充于主护筒5与次护筒2之间的预留间隙3，填满后采用带螺纹螺栓7封闭预留孔口，如图2。

[0042] 所述螺栓7为带螺纹橡胶螺栓，可采用六角头螺栓、圆头内六角螺栓、沉头内六角螺栓。

[0043] 所述挡板9设置在次护筒2靠近墩或柱1底部处，将挡板9与次护筒2连接，采用焊接连接，如图4和5。

[0044] 所述预留孔8为带螺纹孔，与螺栓7配套使用，如图6。

[0045] 所述粘接缝6为齿口缝，如图7。

[0046] 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。