[发明专利]一种柔性三明治结构桥墩防撞装置

说明书

本发明公开了一种柔性三明治结构桥墩防撞装置，桥墩防撞装置包括钢板内防撞层，缓冲吸能夹芯层，外层迎撞面板，以及防撞装置各部件之间的“工字型”连接件，夹芯层由内凹六边形负泊松比蜂窝骨架和内部泡沫混凝土填充物组成。本装置各部件之间通过环氧树脂胶粘剂粘接，并由“工字型”夹扣连接为一个整体。为提高防撞装置的耐久性和延性，在迎撞面板外表面喷涂一层聚脲材料。与传统桥墩防撞装置相比，本装置占地面积较小，安装更换方便快捷，对交通造成的不利影响较小，而且本装置夹芯层吸能效率高且能有效地实现应力扩散。由于本防撞装置能够有效的吸收撞击产生的能量并降低撞击力的峰值，故能同时减轻因撞击而对车辆和桥墩两者造成的损伤。

技术领域

本发明涉及桥墩撞击防护技术领域，具体地说是一种填充泡沫混凝土的负泊松比蜂窝芯桥墩防撞三明治牺牲结构。

背景技术

随着城市快速发展和城市人口数量急剧增加，为了缓解城区交通压力且为市民出行提供便利，城市中高架桥和过街天桥的数量也随之不断增加，这些基础设施在很大程度上提高了城市的交通运输能力和居民的生活质量，但是车辆撞击桥墩的交通事故也随之不断增多。车桥相撞的事故不但造成公共财产的损失和交通的拥堵，而且给人的生命安全带来了极大的威胁。

目前，针对城市区域的桥墩防护一般采用外包水泥隔离墩和外包钢箱等防护措施。由于市区的车速较慢且以小型车为主，大多数撞击产生的撞击力和撞击能量较小，而桥墩的刚度较大，如果对桥墩进行刚性防护则将进一步增大桥墩的刚度，虽有利于保护桥墩，但及易于对撞击车辆造成更大的损伤。所以，对于城区公路桥墩可以采用外包柔性三明治多孔防撞牺牲结构的方法，吸收汽车撞击产生的能量，降低撞击产生的撞击力初始峰值，既能避免桥墩遭到严重撞击破坏又能减轻车辆的损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述存在的因防撞结构刚度过大而造成车辆撞击过程中严重损伤和防撞装置体积大且更换不方便等问题，提出了一种填充泡沫混凝土的负泊松比蜂窝芯三明治结构防撞装置。将三明治防撞装置包裹在桥墩外表面作为牺牲层，在桥墩受到撞击时，本防撞装置可以在很大程度上吸收撞击能量，并减小作用在桥墩和车体上的撞击力初始峰值，同时保护车辆和桥墩。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种公路桥墩三明治防撞装置，所述桥墩防撞装置由依次包裹在公路桥墩外表面的钢板内防撞层，填充泡沫混凝土的负泊松比蜂窝缓冲吸能层，外层迎撞面板，以及防撞装置各部件之间的连接件组成。

上述方案中，桥墩防护装置为环状结构，为了便于其制作、施工和安装，防撞牺牲结构的内防撞层、耗能夹芯层和外层迎撞面板部件均被设计为二分之一圆环的形状，并在各部件上分别预留螺栓孔。通过使用“工字型”连接夹扣将内防撞面板，缓冲吸能层和外层迎撞面板连接固定为一个整体。通过改变“工字型”连接件腹板的高度和厚度，翼缘的宽度和厚度，以便将该连接件应用到不同工况中，例如根据桥墩尺寸而选用不同的内外侧防撞层和夹芯层内径和厚度的情况。其中连接件由高强度钢材制成。

上述方案中，负泊松比填充防撞夹芯层是本牺牲结构最主要的吸能构件，防撞芯层以圆环状内凹六边形负泊松比蜂窝为骨架，该圆环状蜂窝夹芯骨架能够在不破坏胞元的前提下与外层迎撞面板和内层防撞背板紧密贴合在一起共同作用。负泊松比蜂窝结构与其他蜂窝结构相比具有更好的应力扩散能力，更高的剪切模量和能量吸收能力。当受到冲击荷载作用时，负泊松比蜂窝将会发生材料流动，提高撞击点的压痕阻力，并且能够更好的实现沿夹芯层周向的应力传递，提高防撞芯层的应力扩散能力。负泊松比蜂窝骨架采用铝合金板制作，其由芯层表板，芯层背板以及两者之间的中间层内凹折板组成，在制作时，首先通过机加工制成上述三种芯层部件，然后按照设计要求通过环氧树脂胶粘剂将芯层外侧表板，中间层内凹折板和芯层内侧背板依次粘贴在一起，待胶水固化之后即可制成负泊松比蜂窝骨架。