[发明专利]桥墩柔性防撞装置及其安装方法

权利要求书

1.一种桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述装置包括：

固定至桥墩的呈张紧状态的钢丝绳，所述钢丝绳构造为沿竖直方向从所述桥墩的底部延伸至所述桥墩的顶部环绕所述桥墩，且与所述桥墩的周面间隔一定距离；

转向支撑装置，所述转向支撑装置间隔设置至所述桥墩；所述转向支撑装置包括用于固定至所述桥墩的连接部和用于支撑所述钢丝绳的支撑部；以及

预紧装置，所述预紧装置连接至所述转向支撑装置，所述预紧装置用于固定所述钢丝绳和调整所述钢丝绳的预应力。

2.根据权利要求1所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述连接部构造为与所述桥墩的周面形状适配的弧面板，所述弧面板通过紧固件固定至所述桥墩。

3.根据权利要求2所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述支撑部构造为可容纳所述钢丝绳的弧形槽，其槽口朝向背离所述连接部的一侧。

4.根据权利要求3所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述转向支撑装置还包括中间部，所述中间部构造为拱形桥结构，其开口的一侧连接至所述连接部，其背离所述开口的一侧连接至所述支撑部。

5.根据权利要求4所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，包括至少两组分布在所述钢丝绳的两末端处的所述转向支撑装置上的所述预紧装置，所述预紧装置包括固定至所述支撑部的固定块，所述固定块内设置螺纹孔，所述螺纹孔内螺接调整螺杆，所述调整螺杆连接所述钢丝绳。

6.根据权利要求5所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述钢丝绳构造为螺旋环绕所述桥墩布置，且同一竖直位置处的任意相邻钢丝绳之间的间距相等；和/或

所述连接部、所述支撑部和所述中间部采用焊接方式制成为一体结构。

7.根据权利要求6所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述转向支撑装置采用塑性材质制成；和/或

所述装置的外侧还设置防护筒。

8.一种桥墩柔性防撞装置安装方法，基于根据权利要求1至7中任一项所述的桥墩柔性防撞装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

将所述转向支撑装置间隔固定至所述桥墩；

至少在沿竖直方向上的所述桥墩的底端和顶端处的所述转向支撑装置上固定所述预紧装置，同时将所述钢丝绳放置在所述转向支撑装置上；

通过调整预紧装置，将所述钢丝绳拉紧直至达到预定预应力。

9.根据权利要求8所述的桥墩柔性防撞装置安装方法，其特征在于，所述通过调整预紧装置，将所述钢丝绳拉紧直至达到预定预应力，具体包括：

获得碰撞物冲击质量、冲击速度在内的初始冲击参数；

初步建立冲击碰撞有限元模型，获取设计碰撞力；

根据设计碰撞力确定转向支撑装置尺寸和钢丝绳的数量、直径、竖直间距参数；

根据上述钢丝绳的布置参数及撞击变形要求，将设计碰撞力作为钢丝绳在垂直方向上达到设计变形时的最大拦截力，获得钢丝绳初始预应力；

根据钢丝绳初始预应力布置钢丝绳，并通过冲击碰撞有限元模型验证钢丝绳防护效果，如果冲击力降低50％以上，则满足要求，否则继续调整钢丝绳布置参数直至满足要求。

10.根据权利要求9所述的桥墩柔性防撞装置安装方法，其特征在于，所述通过调整预紧装置，将所述钢丝绳拉紧直至达到预定预应力，具体包括：

确定碰撞物质量为m，速度为v，通过对碰撞物冲击桥墩有限元模型仿真联合公式计算确定碰撞物与墩柱冲击力F_c，其中

Δt为冲击过程持续时间，h为缓冲厚度；

以n根钢丝绳拦截碰撞物为例进行计算，单根钢丝绳对碰撞物冲击方向的最大拦截力F_c/n；

取钢丝绳沿冲击方向最大变形为ɑ，初始长度L₀,变形后长度为L₁，通过钢丝绳变形几何关系，可得

由钢丝绳的应力应变关系可得

由公式(1)和(2)联立可得：

式中：△L₀为初始钢丝绳伸长量，△L₁为变形后钢丝绳的总伸长量，L₀表示初始钢丝绳长度，L₁为变形后总长度，F₀为钢丝绳初始内力，F₁为伸长后钢丝绳内力，E为钢丝绳弹性模量，As为单股钢丝绳截面积，

此时，单根钢丝绳所提供的水平拉力

只需即拉力便可满足冲击力降低50％的要求；

可以由满足要求的F₁值代入式(3)中求出F₀，由可以计算出所需要对钢丝绳施加初始预应力σ₀。