[发明专利]一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒

说明书

本发明公开一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2‑4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，各防撞护片相互独立，可自由运输、安装、拆除和更换，便于车船撞击后的维修更换。防撞护片内部填充有负泊松比腔体模块，不仅具备腔体结构初始刚度小的优势；同时具备负泊松比结构特殊的力学性能，在受到车船撞击发生纵向压缩的同时也会发生横向收缩，使得腔体结构向受冲击区域汇集，局部密度和侧向刚度增大，能有效提高阻尼力和吸能效果。该护筒具备初始刚度小，受压强化，高承载、高耗能等良好效果。此外，通过负泊松比腔体模块承压板的变厚度设计，能够实现梯度耗能和梯度刚度，对不同冲击能量下的车船撞击均具有良好的缓冲适应性。

技术领域

本发明涉及一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，属于桥梁结构车船防撞减灾领域。

背景技术

近年来国民经济的高速增长，船舶、车辆等交通工具越来越多，其外观尺寸和通行密度也不断增大，加之外界环境的恶劣变化以及酒驾、疲劳驾驶等主观因素，经常会发生车船等撞击桥梁墩台的事故，不仅影响桥梁的使用安全和寿命，威胁车船安全，甚至会引发重大灾难性事故。因此，有必要采取有效措施来避免桥梁墩台的车船撞击或减小车船撞击造成的破坏。

目前，桥梁的车船撞击防治主要包括以下两个方面：一方面通过拓宽桥梁墩台之间的间距，减小因拥堵或狭小而发生碰撞的概率；另一方面通过桥梁桥墩上设置防撞装置，降低车船撞击时造成的危害。对于后者，目前常用的防撞装置有以弹性变形吸能的橡胶护舷方式和拉绳方式，以塑性变形吸能的木结构防护、钢筋混凝土结构和钢套箱，以及以动势能转换耗能的变位重力式防护装置等。不同的装置各有其特点，比如橡胶护舷受撞时位移大，但能量吸收小；混凝土结构防护和钢套箱通过塑性形变消耗冲击动能，但其刚度大，碰撞瞬间会发生较大碰撞力。理想的桥梁桥墩防撞装置应具有低刚度、高耗能特征、高承载、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低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，能够有效的解决上述问题，具体技术方案如下：

一种低刚度高耗能的桥墩防撞护筒，该防撞护筒是由2-4个防撞护片通过梢杆系统连接而成的环柱状结构，防撞护筒内柱面根据桥墩外形设计成圆柱面、方柱面或圆端面，并能够与桥墩较好的贴合，防撞护筒外柱面为圆柱面、圆端面、椭圆柱面或船型柱面；所述的防撞护片，其外壳由顶板、底板、侧板、内面板和外面板通过焊接而成，侧板内边缘沿高度焊接有间断的插梢孔，防撞护片内部填充有2-8层负泊松比腔体模块，负泊松比腔体模块与桥墩同中心线呈辐射状分布。

进一步地，所述的负泊松比腔体模块，其单体是一种由两块承压板和两块连接板构成的内凹六边形蜂窝结构；承压板为具有一定角度内凹的薄板，两承压板轴对称布置，两端通过连接板连接，构成单个内凹六边形蜂窝腔体结构。

进一步地，所述的负泊松比腔体模块为多层布置，承压板在各层之间为连续分布的锯齿状连续薄板，相邻承压板以两者中线为轴呈对称分布；连接板分别在锯齿齿谷处将相邻承压板连接成层状结构。

进一步地，所述的负泊松比腔体模块层数为2-8层，具体根据抗撞要求进行确定，层数越多，装置的防撞耗能性越好、安全系数越高。

进一步地，所述的多层负泊松比腔体模块，其连续锯齿状承压板为变厚度薄板，靠近防撞护片内面板的承压板较薄，靠近防撞护片外面板的承压板较厚，防撞护片的外面板相比其他板件厚度略厚。

进一步地，所述负泊松比腔体模块内部空腔可进一步填充耗能内芯，耗能内芯可为多孔轻骨料混凝土、金属泡沫以及橡胶等。

进一步地，所述梢杆系统由螺梢杆、梢管和螺梢帽组成，每个防撞护片设有4-8个梢管，依次间隔、平齐焊接在防撞护片两侧板内边缘；螺梢帽内孔设有丝头，数量为1个，其焊接在每个防撞护片一侧板内边缘底部；螺梢杆为与防撞护片齐高、带螺帽和端丝头的长杆，其杆径等于或略小于梢管内径，螺梢杆端丝头与螺梢帽相匹配，两者能够拧紧固定。