[发明专利]一种铁路桥梁被动防撞装置及其设计方法

说明书

本发明涉及一种铁路桥梁被动防撞装置及其设计方法，属于桥梁工程安全防护技术领域，舷体由钢质外板和钢质背板组成，钢质外板的外壁涂覆有复合材料涂层；钢质隔板和波纹板均设置在舷体内部；波纹板设有若干层，均平行于钢质背板设置，相邻两层波纹板之间通过钢质隔板隔开；聚氨酯泡沫填充物填充在波纹板与钢质隔板之间的结构空隙。本发明还涉及一种基于性能的桥墩‑被动防撞装置‑船舶系统协同设计方法设计铁路桥梁被动防撞装置的方法。本发明所述被动防撞装置通过将钢板与柔性吸能的复合材料结合，充分发挥各自优势，保证整体装置具有足够的刚度和缓冲耗能的能力，同时内部波纹板和聚氨酯泡沫也具有很好的缓冲吸能作用。

技术领域

本发明涉及一种铁路桥梁被动防撞装置及其设计方法，属于桥梁工程安全防护技术领域。

背景技术

我国跨越江海且具有通航功能的桥梁近年来呈现快速发展的趋势，为防止桥梁在运营过程中遭受大型船舶的直接撞击作用，在通航孔桥墩位置安装防撞装置已成为普遍采用的工程措施。根据对防撞装置实际运营情况的调研来看，因防撞装置设计不合理和质量问题等导致的装置被洪水冲走、装置连接部位破断、装置因生锈导致性能退化、强烈撞击导致船舶自身首先破损等问题说明防撞装置的设计和相关结构构造还有待进一步优化。

目前，桥墩防撞装置按材料分，包括钢、混凝土、木、绳索、复合材料及其组合等种类。传统的钢护舷防撞装置采用薄钢板作为面板，抗冲击性能有限，在船舶撞击下(尤其是球艏撞击时)钢面板过早地被刺穿，使相关构件的耗能有限，导致防撞装置整体消能效率低。另一方面，钢护舷中主要耗能的水平和竖向钢板组成的结构，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，也可能发生压弯破坏，两种破坏模式消能效率相差较大，使得钢护舷消能性能不稳定，无法预计其在实际工程中的效果。采用全复合材料的柔性防撞装置在刚度方面存在不足，船舶撞击后易碎，可能导致船舶对桥墩的二次撞击，因而其防撞效果不佳、撞后修复的难度较大。

目前在开展桥梁防撞装置设计时，往往由厂家配合设计单位直接出具方案设计图，缺少考虑不同船型撞击作用、损伤过程、长期使用性能的桥梁防撞详细设计，基于桥墩-防撞装置-船舶综合性能的防撞设计尚未出现。导致部分桥墩防撞装置出现之前提及的相关问题，未能充分发挥作用。

发明内容

针对上述提及的防撞装置在结构构造和设计方法方面存在的不足，本发明的目的在于提供一种铁路桥梁被动防撞装置——钢-波纹夹层复合材料护舷式柔性防撞装置，并提出不同超越概率船舶撞击力作用下基于性能的桥梁-防撞装置-船舶协同设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种铁路桥梁被动防撞装置，为一种钢-波纹夹层复合材料护舷式柔性防撞装置，包括舷体、复合材料涂层、钢质隔板、波纹板和聚氨酯泡沫填充物；

所述舷体由钢质外板和钢质背板组成，其中所述钢质外板作为所述舷体的底板和侧壁板一体成型，所述钢质背板作为所述舷体的顶板，所述顶板与所述侧壁板焊接连接将所述舷体形成封闭结构；所述钢质背板通过螺栓结构与被防护桥墩连接；所述钢质外板的外壁涂覆有所述复合材料涂层；

所述钢质隔板和波纹板均设置在所述舷体内部；所述波纹板设有若干层，其横截面呈波纹状，所述若干层波纹板均平行于所述钢质背板设置，相邻两层波纹板之间通过钢质隔板隔开，且所述波纹板的两端铰接连接位于所述波纹板两侧的钢质外板；所述钢质隔板与所述钢质背板平行布置，且所述钢质隔板的两端均与位于所述钢质隔板两侧的钢质外板焊接连接；

聚氨酯泡沫填充物填充在波纹板与钢质隔板之间的结构空隙。

进一步的，所述钢质外板在底板和侧壁板连接处均设置为圆角。

进一步的，所述复合材料涂层为玻璃纤维增强复合材料。

进一步的，所述波纹板与钢质隔板之间无固定连接。