本发明涉及桥墩防撞设施领域，尤其涉及一种桥墩多级防撞设施。
背景技术：
随着水上交通运输业的快速发展和船只的增多，船舶撞击桥墩的事故不断增加。船舶撞击事故往往导致桥毁、船沉、人亡及环境污染等严重后果，直接或间接造成巨大经济损失，对交通运输、环境安全构成了重大威胁。因此，对于用以耗散碰撞能量、具有缓冲吸能的材料、结构的研究引起了国内外的高度重视，在国际上，大型桥梁多采用人工岛、群桩、钢箱等防撞结构，人工岛虽能够避免船舶直接撞击桥墩，但占用了较多航道，造价高昂；群桩方式能够减少船舶对桥墩的损伤，但同样造价高，且桥墩撞损后难以修复，船舶毁损严重。
鉴于此，有必要提出一种桥墩多级防撞设施以克服或至少缓解上述缺陷。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种桥墩多级防撞设施，该桥墩多级防撞设施旨在解决现有桥墩保护装置成本高、对船舶损毁严重的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种桥墩多级防撞设施，所述桥墩多级防撞设施包括多个形状相同或者不同的防撞单元，多个所述防撞单元依次首尾连接形成可环绕桥墩的防撞环；其中，所述防撞单元沿所述防撞环的径向方向由外向内依次包括箱体结构、软体管和与所述箱体结构固定连接的保护罩；所述软体管内填充有吸能减振材料，所述箱体结构由刚性材料构成，所述保护罩由非刚性材料构成；所述箱体结构包括相对设置的顶面和底面，所述顶面形成有凹陷部，所述凹陷部与所述保护罩的内壁面形成与所述软体管配合的管状容置空间；所述底面位于所述防撞环的外环侧。
优选地，所述箱体结构为钢材或刚性复合材料。
优选地，所述箱体结构为由六个面连接而成的六面体封闭式结构。
优选地，所述防撞单元还包括护舷板，所述护舷板设置于所述箱体结构的底面上。
优选地，所述凹陷部和所述保护罩的内壁面均呈弧形。
优选地，所述箱体结构与所述保护罩通过螺纹紧固件连接。
优选地，所述软体管的内部沿径向设有多个软体隔层，所述软体隔层将所述软体管的内部分隔成多个腔室，所述腔室内填充有所述吸能减振材料。
优选地，所述软体管包括橡胶层和设置于所述橡胶层内的纤维增强材料层。
优选地，所述软体管的横截面呈圆形。
优选地，所述吸能减振材料为轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、泡沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒中的一种或以上多种组合。
本申请的方案中，防撞设施由多个防撞单元拼接而成，可以适应不同的桥墩尺寸和桥墩外形。其中，每个防撞单元包括软体管、箱体结构和与箱体结构连接的保护罩。保护罩用于将软体管压靠在箱体结构上，同时起到传递压力的作用。软体管内填充有吸能减振材料可进行一次消能，箱体结构由刚性材料构成可进行二次消能。这种多级耗能防撞设施可有效保护船舶和桥墩：在基础整体抗力足够时以保护船舶为主，在船型尺度变化大时实现多级消能，达到小船不损、中船可修、大船破坏的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例的桥墩多级防撞设施应用示意图；
图2为本发明实施例的防撞单元的截面图；
图3为本发明实施例的防撞单元的另一截面图；
图4为本发明实施例的软体管的截面图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标号说明：
100-桥墩多级防撞设施、110-防撞单元；
111-软体管、112-箱体结构、1121-凹陷部；
113-保护罩、114-护舷板、115-螺纹紧固件；
1110-吸能减振材料、1111-纤维增强材料层；
1112-外层、1113-中层、1114-内层；
200-桥墩。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参照附图1至附图4，本发明提供一种桥墩多级防撞设施100，桥墩200多级防撞设施100包括多个防撞单元110，多个防撞单元110依次首尾连接形成可环绕桥墩200的防撞环；其中，防撞单元110沿所述防撞环的径向方向由外向内依次包括箱体结构112、软体管111和与箱体结构112连接的保护罩113；软体管111内填充有吸能减振材料1110，箱体结构112由刚性材料构成，保护罩113由非刚性材料构成；箱体结构112包括相对设置的底面和顶面，箱体结构112的底面位于所述防撞环的外环侧，接触撞击过来的船舷。箱体结构112的顶面形成有凹陷部1121，凹陷部1121与保护罩113的内壁面形成与软体管111配合的管状容置空间。
本申请的方案中，防撞设施由多个防撞单元110拼接而成，可以适应不同的桥墩200尺寸和桥墩200外形。其中，防撞单元110沿所述防撞环的径向方向由外向内依次包括箱体结构112、软体管111和与箱体结构112连接的保护罩113。保护罩113用于将软体管111压靠在箱体结构112上，同时起到传递压力的作用。软体管111内填充有吸能减振材料1110可进行一次消能，箱体结构112由刚性材料构成可进行二次消能。
其中，桥墩多级防撞设施100安装后，软体结构靠近桥墩200，箱体结构112远离桥墩200。当船支撞过来时，船舷与箱体结构112的底面相接触。保护罩113和软体管111先产生形变，软体管111内的吸能减振材料1110弹性变形并吸收船只的动能。当软体管111达到形变的极限后，箱体结构112发生作用，对船舷进行破坏同时吸收一部分动能。这种多级耗能防撞设施可有效保护船舶和桥墩200，在基础整体抗力足够时以保护船舶为主，在船型尺度变化大时实现多级消能，达到小船不损、中船可修、大船破坏的目的。
其中，箱体结构112可以为钢材或刚性复合材料。附图2中为钢箱，钢箱内形成有接缝结构。为了进一步增强钢箱的抗弯折力，可以在钢箱内增设加强筋、连接板、分隔面等结构。钢箱刚度略大，造价成本较低，但是对船舶保护略差，而且钢结构部分需定期维护。附图3中为刚性复合材料箱，具体可以为frp复合材料、gfrp等。刚性复合材料相比钢材刚度略小，能有效保护桥梁和船舶。复合材料基本不用维护，更换方便，但造价更高。保护罩113的刚性小于箱体结构112的刚性，保护罩113可以为塑胶或其他较软材质。
其中，箱体结构112与保护罩113可以通过螺纹紧固件115连接。箱体结构112的侧面可以设置连接板，通过螺纹紧固件115穿过保护罩113和连接板实现固定安装。螺纹紧固件115包括但不限于螺栓、螺钉。
其中，多个防撞单元110之间可以通过螺纹连接或锁扣连接的方式固定到一起。由于桥墩是预先建好的，因此将防撞设施分成多个防撞单元110，可以方便设施的安装。具体地，箱体结构112的两端可以设置法兰盘，通过连接各个箱体结构来将多个防撞单元110拼接到一起。
作为本发明的优选实施方式，吸能减振材料1110可以为散粒体。散粒体为轻质吸能颗粒，并选取轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、泡沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒的一种或几种的混合，能够通过受压破裂吸收撞击能量，保护船舶、桥墩200。填充有散粒体的软体管111能够使得整个装置具有较大浮力，可随着水位变化上下浮动。此外，通过保护罩113的变形和散粒体的破碎吸收船舶碰撞产生的能量，可有效削减船舶的撞击力度，从而有效地保护桥墩200和船舶。由于防撞设施由多个防撞单元110拼接而成，可针对撞击损伤的部位进行维修、更换，将撞击带来的损伤降到最低，节省了时间和成本。一个桥墩200上可以设置两套桥墩200多级防撞设施100，单套设施长度为12.14米，宽度为10.14米。
作为本发明的可选实施方式，保护罩113呈薄壳状，保护罩113的材质可以为钢或玻璃钢，具有价格低、质量轻的特点，且具有一定的韧性。。保护罩113用于将软体管111压靠在箱体结构112上，同时起到传递压力的作用。
作为本发明的具体实施方式，箱体结构112为由六个面连接而成的六面体封闭式结构。由六个面连接而成的封闭式结构具有更强的抗变形能力。
作为本发明的可选实施方式，防撞单元110还包括护舷板114，护舷板114设置于箱体结构112的底面上。护舷板114的材质可以为橡胶，起到保护船墩的作用。
进一步地，凹陷部和保护罩113的内壁面均呈弧形。凹陷部和保护罩113的内壁面形成圆筒状的容置腔室，将软体管111装夹于内。优选地，软体管111的横截面呈圆形。圆形的横截面能够获得更好的抗变形能力。
优选地，软体管111的内部沿径向设有多个软体隔层，软体隔层将软体管111的内部分隔成多个腔室，腔室内填充有吸能减振材料1110。通过软体隔层将软体管111的内部分隔成多个腔室，可以在软体管111受损时只更换部分腔室内的吸能减振材料1110。软体管111上设置有多个料口，多个料口与多个腔室一一对应。吸能减振材料1110从料口填充至腔室内，料口在完成填充后通过拉链、绳结等方式进行封闭。
作为本发明的优选实施方式，软体管111包括橡胶层和设置于橡胶层内的纤维增强材料层1111。其中，纤维增强材料层1111作为受力骨架，橡胶层用于保护纤维增强材料层1111，并共同起承载的作用。橡胶层可以包括由外至内依次设置的外层1112、中层1113和内层1114，纤维增强材料层1111设置在内层1114与中层1113之间，或中层1113与外层1112之间，或同时设置在内层1114与中层1113之间和中层1113与外层1112之间。本发明中，纤维增强材料层1111为尼龙织物、纤维织物、金属丝网和锦纶帆布的一种或几种，橡胶层的材质为氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶及聚脲中的一种或几种。优选的，外层1112采用厚度大于等于2.5mm的氯丁橡胶、丁基橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶及聚脲中的一种或几种的组合，具有耐磨损、耐老化、耐寒的优异性能，中层1113采用的橡胶厚度为0.3～0.5mm，起到保护和连接纤维增强材料层1111的作用，具有较高的附着力，内层1114采用的橡胶厚度大于2mm，除具有保护纤维增强材料的功能外，还具有水密性和气密性。另外，在本发明中，上述橡胶的伸长率可达350％，纤维增强橡胶基软体层拉断伸长率可达50％以上，能够支持较大的形变，充分吸收撞击能量。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
1.一种桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述桥墩多级防撞设施包括多个形状相同或者不同的防撞单元，多个所述防撞单元依次首尾连接形成可环绕桥墩的防撞环；其中，所述防撞单元沿所述防撞环的径向方向由外向内依次包括箱体结构、软体管和与所述箱体结构固定连接的保护罩；所述软体管内填充有吸能减振材料，所述箱体结构由刚性材料构成，所述保护罩由非刚性材料构成；所述箱体结构包括相对设置的顶面和底面，所述顶面形成有凹陷部，所述凹陷部与所述保护罩的内壁面形成与所述软体管配合的管状容置空间；所述底面位于所述防撞环的外环侧。
2.根据权利要求1所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述箱体结构为钢材或刚性复合材料。
3.根据权利要求1所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述箱体结构为由六个面连接而成的封闭式六面体结构。
4.根据权利要求1所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述防撞单元还包括护舷板，所述护舷板设置于所述箱体结构的底面上。
5.根据权利要求1所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述凹陷部和所述保护罩的内壁面均呈弧形。
6.根据权利要求1所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述箱体结构与所述保护罩通过螺纹紧固件连接。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述软体管的内部沿径向设有多个软体隔层，所述软体隔层将所述软体管的内部分隔成多个腔室，所述腔室内填充有所述吸能减振材料。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述软体管包括橡胶层和设置于所述橡胶层内的纤维增强材料层。
9.根据权利要求1至6任意一项所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述软体管的横截面呈圆形。
10.根据权利要求1至6任意一项所述的桥墩多级防撞设施，其特征在于，所述吸能减振材料为轻质陶粒、塑料粒、塑料空心球、泡沫混凝土颗粒、聚苯颗粒混凝土颗粒和陶粒混凝土颗粒中的一种或以上多种组合。
技术总结