[发明专利]防撞桥墩结构及主动防撞方法

说明书

本发明公开了一种防撞桥墩结构，桥墩迎水面和背水面分别设有检测喷水机构，检测喷水机构包括激光测距仪、激光测速仪和若干高压喷头；桥墩处的河床上设有高压水箱，高压水箱连接有高压变频水泵，高压变频水泵连接有进水管；各高压喷头均通过高压供水软管与高压水箱相连接，高压水箱内设有压力传感器；桥墩顶部设有防水箱，防水箱内设有电控装置，激光测距仪、激光测速仪、高压变频水泵和压力传感器均与电控装置相连接。本发明还公开了相应的主动防撞方法。本发明提出了主动防撞技术，通过水射流逐渐抵消船只的撞击能量，将船只撞桥的瞬间撞击转化为长时间喷水防撞，通过延长防撞作用时间降低单位时间内桥墩受到的作用力，从而有效保护桥墩。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域。

背景技术

桥梁结构分为上部结构和下部结构两部分，上部结构的主体是桥面结构，是桥梁跨越空间并承受其上外加物重力的结构物。下部结构是支承上部结构并将上部结构传来的作用力传递到地基上的结构物。桥面结构可以采用预应力混凝土空心板或箱梁等结构。

桥梁下部结构包括桥墩、承台和桩基础。桥墩是多跨桥梁的中间支承结构，承受相邻两跨上部结构传来的竖直力和水平力。桥墩还承受风力以及水流压力。

近年来我国跨江跨河大桥越建越多，长江水系、珠江水系、松花江水系以及各类海湾上都存在许多跨航道桥梁；加上我国船舶运输业发展迅速，造成船只撞桥事故时有发生的现象。如2020年7月7日，江西上饶，鄱阳太阳埠大桥被一艘砂石船撞上桥墩，相关部门已封闭交通。又如武汉长江大桥，至2014年的数据，建成57年来被撞70余次，除其中3次是撞击到桥梁上部结构之外，其余各次均是撞击桥墩。黄石长江公路大桥建成后3年内共发生了20多起船只撞桥事故，均为撞击桥墩。

船只撞桥事故多是船只撞击桥墩，不但会损坏桥梁，还会损坏船只，往往造成严重的经济损失，甚至可能危及人们的人身安全。因此，桥墩防撞技术得到了广泛研究。

纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer/plastic，简称FRP）是纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过工艺复合而成的高性能材料，具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，近年来在土木与建筑工程结构中得到日益广泛的应用。FRP产品成型方便，形状便于灵活设计，具有良好的弹性，应力应变曲线接近线弹性，在发生较大变形后还能恢复原状。因此，FRP产品也被应用到桥墩的防护中去。

使用FRP材料或者浮箱围绕桥墩，能够对桥墩起到一定的防撞保护作用，但这种作用是被动的，只在船只撞击过来时发生作用，且桥墩不可避免还是要承受较大的撞击力。

主动防撞是指在船只撞击过来之前就开始起作用。发明人原来设想在桥墩下部（通航水位以下）安装螺旋浆和电机，通过向船只提供反向推力的方式进行主动防撞，但很快发现这是不现实、无法起到主动防撞作用的。这是因为：船只上的螺旋浆在旋转中获得的每一分反作用力，能够100%都传递给船身作为前进动力，这是因为船只上的螺旋浆与船身直接连接，能够无缝传递螺旋浆受到的水的反作用力。相比之下，桥墩处安装的螺旋浆，只有桥墩能够基于同样直接连接的原因能够100%承受螺旋浆在旋转中受到的来自水体的反作用力，而水受到螺旋浆的作用力后形成向前的水流，将这股水流称为防撞水流；防撞水流在水体中前进时不断受到扰动和分散，甚至在尚未抵达远处的船只时，防撞水流已经消散。单位时间内防撞水流的动量和动能有限，不可能使船只短时间就停止或发生有效偏离，当船只靠近桥墩并进入防撞水流的作用区域时，防撞水流已无能力在撞击前对船只进行有效的阻止或偏离。因此，桥墩处安装螺旋浆的方案无法达到有效的主动防撞的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防撞桥墩，在撞击前能够进行有效的主动防撞作业。

为实现上述目的，本发明公开了一种防撞桥墩结构，桥墩顶部设有用于支撑桥梁上部结构的墩帽，桥墩底端支撑于承台上，承台向下通过桩基础支撑于地基上；