一种拼接式桥墩防撞结构

摘要

本发明公开了一种拼接式桥墩防撞结构，包括设置在桥墩上的圆柱体状的防撞FRP套箱，桥墩上设有至少两个墩柱，每个墩柱套装有一个防撞FRP套箱，相邻的两个防撞FRP套箱的外壁相切连接，防撞FRP套箱由至少两个FRP单元箱通过连接结构拼接，防撞FRP套箱与墩柱之间设有多个沿墩柱外周面分布的FRP滚筒结构，FRP单元箱包括中空的箱壳以及填充在箱壳内部的多个FRP消能构件。本发明的防撞FRP套箱受船撞击时，可利用FRP消能构件变形消能以及FRP滚筒结构缓冲撞击与转动卸能，具备很好的柔性防撞性能。同时，防撞FRP套箱是通过FRP单元箱拼接组成，便于快速组装拆卸。此外，制造和维护成本低。

权利要求

1.一种拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：包括设置在桥墩上的圆柱体状的防撞FRP套箱，所述桥墩上设有至少两个墩柱，每个墩柱套装有一个所述的防撞FRP套箱，相邻的两个防撞FRP套箱的外壁相切连接，所述防撞FRP套箱由至少两个的FRP单元箱通过连接结构拼接而成，所述防撞FRP套箱与所述墩柱之间设有多个沿墩柱外周面环形排列分布的FRP滚筒结构，所述FRP单元箱包括中空的箱壳以及填充在箱壳内部的多个FRP消能构件；所述防撞FRP套箱的下方设有支承托架，所述支承托架包括用于与桥墩连接的C形的托架钢围板以及沿托架钢围板的外壁阵列分布的若干个支撑板；所述托架钢围板的内壁与桥墩之间设有FRP波形板；所述支撑板上设有活动式悬臂翼板，所述活动式悬臂翼板包括活动板和连接件，所述活动板与所述支撑板滑动连接，所述连接件的两端分别连接所述活动板和所述防撞FRP套箱。

2.根据权利要求1所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP滚筒结构为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体。

3.根据权利要求1所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP消能构件为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体。

4.根据权利要求3所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP消能构件在箱壳中呈圆弧状分布有至少一排。

5.根据权利要求4所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP消能构件在箱壳中沿墩柱的径向方向自内向外分布有三排，位于内侧一排的FRP消能构件、位于中间一排的FRP消能构件以及位于外侧一排的FRP消能构件的直径依次增大。

6.根据权利要求3所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述箱壳的顶壁贯穿设有至少一个第一通孔，所述箱壳的底壁贯穿设有至少一个第二通孔，所述第一通孔的直径大于所述FRP消能构件的外径，所述第二通孔的直径小于所述FRP消能构件的外径。

7.根据权利要求1所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP单元箱的数量设置为四个，每个FRP单元箱的横截面形状为四分之一的圆环状。

8.根据权利要求1所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述连接结构包括插接适配的插接条和插槽，每个FRP单元箱的两侧表面上沿高度方向设有所述插槽，相邻的两个FRP单元箱上的插槽通过插接条卡接连接。

9.根据权利要求8所述的拼接式桥墩防撞结构，其特征在于：所述FRP单元箱的侧表面上设有位于所述插槽的底部的支撑部。

说明书

一种拼接式桥墩防撞结构

技术领域

[0001] 本发明涉及桥梁防撞技术领域，尤其涉及一种拼接式桥墩防撞结构。

背景技术

[0002] 目前，随着我国基建速度的不断加快建设和交通运输业的蓬勃发展，各种跨江跨海桥梁随之兴起。然而，由于通航船只的失误操作等原因，船舶撞击桥墩的事故也增加。为
了保护桥梁，提高桥墩的防撞性能，现有技术中，有些桥梁的墩柱是加装了整体采用纤维增
强复合材料(即FRP)制备的防撞结构，利用FRP材料的特性来吸能缓冲，由于FRP材料较为昂
贵，防撞结构整体都采取FRP材料制备，会导致成本很高。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种防撞性能好、成本低、便于组装拆卸的拼接式桥墩防撞结构，解决了现有技术中桥墩防撞结构成本高的问题。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0005] 一种拼接式桥墩防撞结构，包括设置在桥墩上的圆柱体状的防撞FRP套箱，所述桥墩上设有至少两个墩柱，每个墩柱套装有一个所述的防撞FRP套箱，相邻的两个防撞FRP套
箱的外壁相切连接，所述防撞FRP套箱由至少两个的FRP单元箱通过连接结构拼接而成，所
述防撞FRP套箱与所述墩柱之间设有多个沿墩柱外周面环形排列分布的FRP滚筒结构，所述
FRP单元箱包括中空的箱壳以及填充在箱壳内部的多个FRP消能构件。

[0006] 进一步，所述FRP滚筒结构为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体。由于FRP材料较为昂贵，如此结构设计，既能降低成本，又能具有较好的消能防撞效果。

[0007] 进一步，所述FRP消能构件为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体。如此结构设计，既能降低成本，又可以使用FRP消能构件能充分塞满填充在外钢围板与
内钢围板之间，从而能具有较好的消能防撞效果。

[0008] 进一步，所述FRP消能构件在箱壳中呈圆弧状分布有至少一排。如此，在FRP单元箱拼接后，FRP消能构件会围成圆形，这样，不管船舶的撞击角度如何，均能够使得防撞FRP套
箱具有较好的消能防撞效果。

[0009] 进一步，所述FRP消能构件在箱壳中沿墩柱的径向方向自内向外分布有三排，位于内侧一排的FRP消能构件、位于中间一排的FRP消能构件以及位于外侧一排的的FRP消能构
件的直径依次增大。如此，使得防撞FRP套箱的防撞性能更好。

[0010] 进一步，所述箱壳的顶壁贯穿设有至少一个第一通孔，所述箱壳的底壁贯穿设有至少一个第二通孔，所述第一通孔的直径大于所述FRP消能构件的外径，所述第二通孔的直
径小于所述FRP消能构件的外径。如此，可利用箱壳顶壁上的第一通孔将FRP消能构件放入
箱壳内部；同时，由于在箱壳的底壁设有第二通孔，当水面上涨时，水会从第二通孔自由进
入或流出箱壳，避免防撞FRP套箱浮起来。

[0011] 进一步，所述FRP单元箱的数量设置为四个，每个FRP单元箱的横截面形状为四分之一的圆环状。如此设置，便于拼接安装施工。

[0012] 进一步，所述连接结构包括插接适配的插接条和插槽，每个FRP单元箱的两侧表面上沿高度方向设有所述插槽，相邻的两个FRP单元箱上的插槽通过插接条卡接连接。插接条
起到锁定FRP单元箱的作用。在拼接安装时，先将FRP单元箱围成一个完整的防撞FRP套箱，
相邻的两个FRP单元箱上的插槽对齐，然后将插接条卡接插入，即可将各个FRP单元箱锁定
拼接。

[0013] 进一步，所述FRP单元箱的侧表面上设有位于所述插槽的底部的支撑部。如此，可以利用支撑部来支撑插接条。

[0014] 进一步，所述防撞FRP套箱的下方设有支承托架，所述支承托架包括用于与桥墩连接的托架钢围板以及沿托架钢围板的外壁阵列分布的若干个支撑板。如此，可利用支承托
架上的支撑板能够很好地支撑托住防撞FRP套箱，同时，托架钢围板也能保护桥墩。

[0015] 与现有技术相比，本发明提供了一种拼接式桥墩防撞结构，具备以下有益效果：

[0016] 本发明通过在墩柱上套装防撞FRP套箱，防撞FRP套箱可转动地支撑在桥墩上的桥墩系梁，当船撞击时，既可利用FRP消能构件进行变形消能和FRP滚筒结构进行缓冲撞击与
转动卸能，又能利用支承托架上的活动式悬臂翼板的向后位移不对防撞FRP套箱变形消能
构成约束，还能利用防撞FRP套箱与支承托架之间的连接件的系锚连接作用进行约束防撞
FRP套箱部分向上位移和翻转，从而使得防撞FRP套箱的柔性防撞性能完全发挥，保证大桥
的墩柱在面临0°正撞和30°斜撞时的安全性，能使桥墩船撞力最大降低50％以上和船舶撞
损破坏最大减少30％以上。同时，防撞FRP套箱是通过多个FRP单元箱进行拼接而成的，便于
快速组装和拆卸更换受损部件。此外，相对于现有技术中整个防撞结构均采用FRP材料制备
而言，能大大降低制造和维护成本，具备较好的经济价值和社会效益。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本发明实施例1的立体结构示意图；

[0019] 图2为本发明实施例1另一视角的立体结构示意图；

[0020] 图3为本发明实施例1的俯视图；

[0021] 图4为图3中沿A‑A方向的剖面图；

[0022] 图5为图4中沿B‑B方向的剖面图；

[0023] 图6为本发明实施例1的防撞FRP套箱的安装示意图；

[0024] 图7为本发明实施例2的立体结构示意图；

[0025] 图8为本发明实施例2的支承托架的立体结构示意图；

[0026] 图9为本发明实施例2的支承托架的俯视图；

[0027] 图10为本发明其他实施例的立体结构示意图；

[0028] 图11为本发明其他实施例的支承托架的立体结构示意图；

[0029] 图12为本发明其他实施例的支承托架的俯视图；

[0030] 图13为本发明其他实施例的活动式悬臂翼板的安装示意图。

[0031] 附图标记：1、防撞FRP套箱；11、FRP单元箱；111、箱壳；1111、第一通孔；1112、第二通孔；1113、支撑部；112、FRP消能构件；12、连接结构；121、插接条；1211、卡条；1212、连接
部；122、插槽；2、FRP滚筒结构；3、支承托架；31、托架钢围板；32、支撑板；321、水平导向槽；
322、竖直导向槽；33、FRP波形板；34、活动式悬臂翼板；341、活动板；3411、水平板；3412、竖
直板；342、连接件；35、连接架；4、桥墩；41、墩柱。

具体实施方式

[0032] 下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0034] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。

[0035] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元
件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在
本发明中的具体含义。

[0036] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，
或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下
面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二
特征。

[0037] 参考图1～图13，本发明提供了一种拼接式桥墩防撞结构，包括设置在桥墩4上的圆柱体状的防撞FRP套箱1，所述桥墩4上设有至少两个墩柱41，每个墩柱41套装有一个所述
的防撞FRP套箱1，相邻的两个防撞FRP套箱1的外壁相切连接，所述防撞FRP套箱1由至少两
个的FRP单元箱11通过连接结构12拼接而成，所述防撞FRP套箱1与所述墩柱41之间设有多
个沿墩柱41外周面环形排列分布的FRP滚筒结构2，所述FRP单元箱11包括中空的箱壳111以
及填充在箱壳111内部的多个FRP消能构件112。

[0038] 如此，通过在墩柱41上套装防撞FRP套箱1，防撞FRP套箱1可转动地支撑在桥墩4上，当船撞击时，可利用FRP消能构件112进行变形消能以及FRP滚筒结构2进行缓冲消能，从
而保证大桥的墩柱在面临0°正撞和30°斜撞时的安全性，能使桥墩船撞力最大降低50％以
上和船舶撞损破坏最大减少30％以上。同时，防撞FRP套箱1是通过FRP单元箱11进行拼接而
成的，便于快速组装和拆卸更换受损部件。此外，相对于现有技术中整个防撞结构均采用
FRP材料制备而言，能大大降低制造和维护成本，具备较好的经济价值和社会效益。

[0039] 下面通过详细的实施例并结合附图对本发明作进一步详细描述。

[0040] 实施例1

[0041] 请参考图1～图6，本实施例提供了一种拼接式桥墩防撞结构，可应用于双柱式桥墩进行防撞保护，包括设置在桥墩4上的圆柱体状的防撞FRP套箱1，所述桥墩4上设有两个
圆柱形的墩柱41，两个墩柱41之间连接有桥墩系梁，每个墩柱41套装有一个所述的防撞FRP
套箱1，两个防撞FRP套箱1的外壁相切密贴接触但不固定连接，在安装后，两个防撞FRP套箱
1受自重作用由桥墩系梁托住。所述防撞FRP套箱1由四个FRP单元箱11通过连接结构12拼接
而成，每个FRP单元箱11的横截面形状为四分之一的圆环状。所述防撞FRP套箱1与所述墩柱
41之间设有十九个沿墩柱41外周面环形排列分布的FRP滚筒结构2。所述FRP单元箱11包括
中空的箱壳111以及填充在箱壳111内部的多个相互密贴但不固定连接的FRP消能构件112，
箱壳111的壁厚为20mm。

[0042] 其中，所述FRP滚筒结构2为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体，其壁厚为6mm，高度与防撞FRP套箱同高。各个FRP滚筒结构相互之间及其与防撞FRP套箱
和墩柱之间都密贴接触但不固定连接。由于FRP材料较为昂贵，如此结构设计，既能降低成
本，又能具有较好的消能防撞效果。

[0043] 所述FRP消能构件112为由FRP材料成型制备的中空且两端具有开口的圆柱壳体，其壁厚为8mm。如此结构设计，既能降低成本，又可以使用FRP消能构件能充分塞满填充在外
钢围板与内钢围板之间，从而能具有较好的消能防撞效果。

[0044] 更具体的，如图5所示，所述FRP消能构件112在箱壳111中沿墩柱41的径向方向自内向外分布有三排，内侧一排设置三个FRP消能构件112，中间和外侧两排设置五个FRP消能
构件112，即一个FRP单元箱11内排布有十三个FRP消能构件112。每排的FRP消能构件112都
呈圆弧状分布。如此，在FRP单元箱11拼接后，FRP消能构件112会围成三个圆形，这样，不管
船舶的撞击角度如何，均能够使得防撞FRP套箱具有较好的消能防撞效果。进一步的，位于
内侧一排的FRP消能构件、位于中间一排的FRP消能构件以及位于外侧一排的的FRP消能构
件的直径依次增大。如此，使得防撞FRP套箱的防撞性能更好。

[0045] 在一些具体的实施方式中，如图2和图6所示，所述箱壳111的顶壁贯穿设有两个圆形的第一通孔1111，所述箱壳111的底壁贯穿设有与FRP消能构件112数量对应的圆形的第
二通孔1112，所述第一通孔1111的直径大于所述FRP消能构件112的外径，所述第二通孔
1112的直径小于所述FRP消能构件112的外径。如此，可利用箱壳111顶壁上的第一通孔1111
将FRP消能构件112放入箱壳111内部；同时，由于在箱壳111的底壁设有第二通孔1112，当水
面上涨时，水会从第二通孔1112自由进入或流出箱壳111，避免防撞FRP套箱1浮起来。

[0046] 在一些具体的实施方式中，参考图6，所述连接结构12包括插接适配的插接条121和插槽122，每个FRP单元箱11的两侧表面上沿高度方向设有所述插槽122，相邻的两个FRP
单元箱11上的插槽122通过插接条121卡接连接。插接条121起到锁定FRP单元箱11的作用。
在拼接安装时，先将FRP单元箱11围成一个完整的防撞FRP套箱，相邻的两个FRP单元箱11上
的插槽122对齐，然后将插接条121卡接插入在插槽122上，即可将各个FRP单元箱11锁定拼
接。优选的，所述插槽122为横截面呈梯形的燕尾榫槽，所述插接条121包括两个平行分布的
卡条1211以及连接两个卡条1211的连接部1212，所述卡条1211的横截面与所述插槽122的
横截面形状适配。

[0047] 作为改进的实施方式，参考图6，所述FRP单元箱11的侧表面上设有位于所述插槽122的底部的支撑部1113。如此，可以利用支撑部1113来支撑插接条121。

[0048] 实施例2

[0049] 请参考图7～图9，本实施例提供了另一种结构的拼接式桥墩防撞结构，在实施例1的基础上，所述防撞FRP套箱1的下方进一步设有支承托架3，所述支承托架3包括用于与桥
墩4连接的C形的托架钢围板31以及沿托架钢围板31的外壁阵列分布的若干个支撑板32。多
个支撑板32呈外挑伞形排列分布，且每个支撑板32均与水平面垂直。所述托架钢围板31设
有两个，两个托架钢围板31分别对应安装在桥墩4的两端，且两个托架钢围板31通过连接架
35进行连接固定，连接架35套设在桥墩4上的桥墩系梁外表面，其截面形状为矩形。如此，可
利用支承托架3上的支撑板32能够很好地支撑托住防撞FRP套箱1，同时，托架钢围板31也能
保护桥墩4。

[0050] 实施例3

[0051] 请参考图10～图13，本实施例提供了另一种结构的拼接式桥墩防撞结构，在实施例2的基础上，所述托架钢围板31的内壁与桥墩4之间设有FRP波形板33。如此，由于设置FRP
波形板33，当船舶撞击时，在支承托架3发生形变过程中，撞击力经支撑板32先传递至托架
钢围板31，再传递至FEP波形板33进行消能缓冲，从而赋予支承托架3很好地防撞性能，进而
可保护桥墩。

[0052] 实施例4

[0053] 请参考图10～图13，本实施例提供了另一种结构的拼接式桥墩防撞结构，在实施例3的基础上，所述支撑板32上设有活动式悬臂翼板34，这样，可使得支承托架3具备一定伸
缩变形能力。所述活动式悬臂翼板34包括活动板341和连接件342，所述活动板341与所述支
撑板32滑动连接，所述连接件342的两端分别连接所述活动板341和所述防撞FRP套箱1。如
此，通过设置了活动式悬臂翼板34，当船舶撞击防撞FRP套箱1时，箱壳在变形过程中可以联
动活动板341在支撑板32上往返来回移动，从而提高消能缓冲防撞能力。

[0054] 在一些更具体的实施方式中，参考图13，支撑板32由两个平行分布的金属薄板构成，两个金属薄板之间形成垂直分布的水平导向槽321和竖直导向槽322，活动板341由两个
垂直连接的水平板3411和竖直板3412构成，水平板3411与水平导向槽321滑动配合，竖直板
3412与竖直导向槽322滑动配合。连接件342可以采用细的金属圆杆、钢丝绳或拉索，在安装
时，通过焊接方式将连接件342的两端分别与活动板341和防撞FRP套箱1的底部固定连接即
可，从而使得防撞FRP套箱1与支承托架3系锚连接。

[0055] 通过对实施例1～4的拼接式桥墩防撞结构进行船撞有限元分析计算模型测试，满足船撞安全性指标；而且，相比整个防撞结构均采用FRP材料(造价约1000万元/墩)而言，本
发明采取钢材料与FRP材料相结合的结构设计，且是可拆卸的拼接结构，工程造价较低(估
算造价：240万元/墩)。

[0056] 本发明的防撞FRP套箱1受船撞击时，既可利用FRP消能构件112变形消能和FRP滚筒结构2缓冲撞击与转动卸能，又能利用支承托架3上的活动式悬臂翼板34的向后位移不对
防撞FRP套箱1变形消能构成约束，还能利用防撞FRP套箱1与支承托架3之间的连接件342的
系锚连接作用进行约束防撞FRP套箱1部分向上位移和翻转，从而使防撞FRP套箱1的柔性防
撞性能完全发挥。并且，防撞FRP套箱1通过多个FRP单元箱11拼接组成，便于快速组装拆卸，
制造和维护成本低。

[0057] 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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0058] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员
可以理解的其他实施方式。