[实用新型]波纹钢管-混凝土组合的桥梁防船撞装置及防船撞桥梁

说明书

技术领域

本实用新型属于桥梁防船撞技术领域，特别涉及一种波纹钢管-混凝土组合的新型桥梁防船撞装置及防船撞桥梁。

背景技术

据统计，在1987～2008年间，我国至少发生了21起严重(倒塌或接近倒塌)的桥梁船撞事故，平均每年约发生1起，且事故数呈上升趋势。因此，在设计通航水域桥梁时，必须考虑船撞问题。否则，将可能导致桥梁结构发生破坏甚至倒塌，造成巨大的经济损失、人员伤亡以及消极的社会影响。当船撞需求大于结构抗撞能力时，需采取必要的防撞措施来减小或规避桥梁船撞的风险。目前，多种形式的防撞策略和措施被提出并应用到实际工程中。就物理(被动)的防撞措施而言，大体上有：护舷式结构(包括：木结构、橡胶、混凝土和钢套箱等)、桩承式结构、重力式防撞墩、人工岛、浮式防撞系统等。统计表明，目前运用较为广泛的防护措施为：钢套箱、桩承防撞结构、重力式防撞墩以及人工岛。在美国和加拿大等国家主要选用耗能可靠性较高、偏于保守的防撞结构(人工岛和重力式防撞墩)。这类措施往往受水文地质条件限制，对河床影响较大，且一定意义上会增加船撞事故的风险。对于钢套箱防撞措施，最早由日本学者在Bisan-Seto大桥中采用，由于钢套箱形式的防撞措施有着良好的适用性与经济性，在我国近年建设的大型桥梁中也主要采用了钢套箱形式的防撞措施。

然而，对于传统的钢套箱，现有研究已表明：由于采用薄钢板作为面板，抗冲击性能非常有限，在船舶撞击下(尤其是球首撞击时)钢面板将过早地被刺穿，使得参与耗能的构件非常有限，导致防撞结构整体的耗能效率非常低。另一方面，钢套箱中主要耗能的水平和竖向钢板构成的结构，大多具有各向同性的刚度，竖向和水平向刚度差异不大，在船撞作用下既可能发生失稳破坏，也可能发生累进的压弯破坏，两种破坏模式耗能效率相差较大，使得钢套箱耗能性能不稳定，无法预计其在实际工程中的效果。此外，传统钢套箱大多是通过锚固构件与桥梁桥墩或桥梁承台锚固在一起，导致桥梁和防撞装置两者不能相对移动，不论船舶是正面或带有一定角度撞向装置，都要完全依靠防撞装置的变形破坏来耗散船舶的巨大动能，这样既不经济也不安全。同时，由于采用钢面板，易燃船舶碰撞时，钢-钢接触可能造成火灾或爆炸。目前，为了改善传统钢套箱中的不足，已有研究建议采用薄壁金属管(直管)作为防撞装置的耗能构件。但是，这种薄壁直管的力-位移曲线通常表现出相当大的波动性，尤其初始峰值力远远大于平均抗力，进而降低了构件的耗能效率。若将其运用于防船撞结构，可能出现由于峰值抗力过大导致被保护的结构或船舶先于防撞结构破坏的情况，不能起到“保险丝”的作用。

现有改进的防撞措施虽能够克服上述的部分不足，但尚不能弥补上述所有的不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种各构件性能要求明确、耗能效率高、耗能模式稳定可控、耐腐蚀、施工简便及安全性更好的波纹钢管-混凝土组合的桥梁防船撞装置，还相应提供带有前述桥梁防船撞装置的防船撞桥梁。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为一种波纹钢管-混凝土组合的桥梁防船撞装置，所述桥梁防船撞装置包括与桥梁桥墩或桥梁承台连接的耗能构件以及与耗能构件固接的传力构件，所述耗能构件设置在桥梁桥墩与传力构件之间或设置在桥梁承台与传力构件之间，所述耗能构件主要由波纹钢管构成，且该波纹钢管按特定排列方式形成的结构使其能通过波折方向的累进式压缩折叠变形以实现耗能，所述波纹钢管的轴线方向与迎船撞方向保持一致。所述波纹钢管的截面形式可以为现有几何可能的形状，但更优选的，所述波纹钢管的截面形式为圆形或椭圆形。

上述本实用新型的技术方案主要基于以下原理：本实用新型的桥梁防船撞装置采用能力保护的思想理念进行设计，通过采用波纹钢管作为耗能构件的主体结构，调整耗能构件中波纹钢管的抗压强度与数量使其在船撞作用下先于船舶、桥梁及传力构件而破坏，真正意义上起到“保险丝”的作用。由于耗能构件采用了波纹钢管，一方面，通过波纹钢管波折方向的累进式压缩折叠变形实现耗能，这不仅具有稳定可控的抗力-位移光滑曲线和变形模式，而且使整个耗能构件有了稳定的破坏模式及高效耗能能力。由于耗能构件中采用波纹钢管的结构设置，使得上述的桥梁防船撞装置拥有了确定与可控的破坏模式，从而能够准确地估计和预测实际工程中该桥梁防船撞装置的耗能能力。另一方面，由于波纹钢管的构造特性，防撞装置在船舶侧撞作用下，耗能构件易发生侧向变形，从而可以改变船舶的行驶方向减小船舶对桥梁的撞击力。