專利名稱：彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬橋梁、建筑工程運營中的結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種安全防護(hù)裝置，具 體是一種彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前我國交通安全的現(xiàn)狀令人堪憂，在眾多影響公共交通安全的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)上基本 沒有設(shè)置任何隔離或減緩車輛、船舶等交通工具撞擊的防護(hù)裝置，這樣直接威脅到人們的 生命和財產(chǎn)安全；然而隨著我國交通量的快速增長，汽車、船舶與道路或河流周邊建筑的矛 盾也愈加突出，汽車、船舶撞擊橋墩或周邊建筑的事故時有發(fā)生，嚴(yán)重時會造成橋墩或建筑 結(jié)構(gòu)倒塌、車船毀壞、人員傷亡。究其原因，是因為汽車、船舶直接撞擊結(jié)構(gòu)物屬于剛性撞 擊，在撞擊過程中缺乏能量耗散或隔離裝置，因此破壞性極大。為解決此類問題，人們也采取了一些防護(hù)措施，例如加大橋墩結(jié)構(gòu)尺寸，或者采用 鋼管圍欄、防撞樁等簡易防護(hù)裝置，這些措施雖然在一定程度上保障了橋墩的結(jié)構(gòu)安全，但 其美觀性和適用性并不高，最為重要的是汽車、船舶撞擊防護(hù)裝置時仍屬于剛性撞擊，不能 有效地耗散能量，減弱撞擊對車船或人員的傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種高效消能型的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，以克服現(xiàn)有技 術(shù)中存在的車輛、船舶與橋墩或周邊重要建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生剛性碰撞時，不能有效地耗散撞擊 能量，減弱撞擊對車船或人員傷害的問題。為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是一種彈塑性鋼結(jié) 構(gòu)安全防護(hù)裝置，包括防護(hù)外層和固定于防護(hù)外層內(nèi)的垂直層狀布置的緩沖組件，其特征 在于所述的每層緩沖組件包括水平層狀分布的加勁梁和均布跨接于相鄰加勁梁之間的緩 沖構(gòu)件，所述的每個緩沖構(gòu)件為一對相扣設(shè)置的弧形阻尼輻，一對阻尼輻的一端相互交叉； 所述相鄰緩沖組件上的緩沖構(gòu)件垂直方向上相互交錯設(shè)置，垂直方向上相鄰的加勁梁之間 設(shè)置有減震橡膠塊，垂直方向上相鄰的減震橡膠塊相互交錯設(shè)置。上述一對阻尼輻的相互交叉端與水平外層的外加勁梁連接，未交叉端與水平外層 相鄰的內(nèi)加勁梁連接。上述加勁梁的上下側(cè)均設(shè)置有緩沖構(gòu)件，上下側(cè)的緩沖構(gòu)件垂直方向上交錯設(shè)置。上述防護(hù)外層頂部設(shè)置防塵蓋板。上述頂層緩沖組件的水平外層的加勁梁上設(shè)置有懸掛拉索。上述阻尼輻采用彈塑性軟鋼材料制成，其縱向疊面可為C型、半橢圓型或非線性 弧等形狀。上述加勁梁與阻尼輻采用銷接或鉚接連接。上述防護(hù)外層由橡膠硫化與高塑性鋼板上制成，防護(hù)外層的橫疊面為封閉圖形或線性形狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果1、本發(fā)明的安全防護(hù)裝置與常規(guī) 的防撞裝置相比，采用柔性防護(hù)外層、阻尼輻和減震橡膠塊作為撞擊耗能材料，并通過環(huán)套 的加勁梁連接，從而形成一個整體性強的彈塑性消能裝置，當(dāng)汽車或船舶撞擊時，安全防護(hù) 裝置通過阻尼輻的彈塑性變形，延長撞擊時間，耗散撞擊能量和降低撞擊力，由于防護(hù)外層 和加勁梁的整體作用，尤其在側(cè)撞情況下，能使更多的阻尼輻參與受力，傳力更遠(yuǎn)，從而增 大撞擊后受力范圍，擴(kuò)散撞擊力，受力更加均勻。2、本發(fā)明采用多級逐層防護(hù)，具有“小撞、中撞和大撞”三級防護(hù)耗能結(jié)構(gòu)小撞情 況下，安全防護(hù)裝置防護(hù)外層和阻尼輻共同作用產(chǎn)生變形耗能，但彈塑性鋼基本處于彈性 變形階段或發(fā)生較低的塑性變形；中撞情況下，安全防護(hù)裝置的防護(hù)外層和鋼阻尼輻共同 作用發(fā)生變形耗能，阻尼輻發(fā)生較大的塑性變形，但撞擊產(chǎn)生的位移還小于外環(huán)加勁梁與 減震橡膠塊之間的間隙，外環(huán)加勁梁沒有觸及減震橡膠塊；大撞情況下，安全防護(hù)裝置發(fā)生 很大的位移，外層加勁梁接觸減震橡膠塊，此時安全防護(hù)裝置通過防護(hù)外層和加勁梁變形、 阻尼輻塑性變形、減震橡膠塊壓縮變形等共同實現(xiàn)耗能，從而有效延長了撞擊時間，更大限 度地降低了撞擊力；由于設(shè)置了減震橡膠塊進(jìn)行最后的限位保護(hù)和耗能作用，雖然阻尼輻 發(fā)生很大的塑性變形，但還處于結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限位移內(nèi)，不至于壓潰，保證了安全防護(hù)裝置 防撞的整體功能，且由于減震橡膠塊的存在使橋墩受力更均勻，更好的保護(hù)了橋墩的安全。3、在側(cè)撞情況下，由于彈塑性鋼與外加勁梁采用銷接，撞擊時外加勁梁和彈塑性 鋼發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動，使得汽車、船舶撞擊點產(chǎn)生滑移并被撥動，從而將汽車、船舶的動能大 部分保留在汽車、船舶上，使汽車、船舶離開橋墩或結(jié)構(gòu)物而不被鑲住，大大降低汽車、船舶 撞擊橋墩或結(jié)構(gòu)物過程中的能量交換，保護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。4、阻尼輻上下層與加勁梁連接交錯布置，結(jié)構(gòu)對稱，不同方向撞擊時受力也對稱， 從而保證了各個方向撞擊的防護(hù)效果。5、本發(fā)明的安全防護(hù)裝置由于底部沒有與地面連接，為保證安全防護(hù)裝置豎向支 撐作用，在安全防護(hù)裝置頂部懸掛拉索，約束安全防護(hù)裝置外層加勁梁豎向變形，從而保證 了撞擊效果，相對于地面連接設(shè)計(地面設(shè)計時防護(hù)裝置底易積累垃圾不利于清理，影響 安全防護(hù)裝置受力后滑動效果)采用拉索懸掛設(shè)計非常利于安全防護(hù)裝置的變形和維護(hù)。6、本發(fā)明的安全防護(hù)裝置內(nèi)加勁梁采用抱箍于橋墩或結(jié)構(gòu)物安裝，不需要破壞橋 墩或結(jié)構(gòu)物，適用范圍廣。安全防護(hù)裝置的加勁梁、鋼阻尼輻和減震橡膠塊均采用單元式模 塊設(shè)計，采用銷接或鉚接方式進(jìn)行連接，安裝、維護(hù)和更換方便。大撞后只需對局部破損元 件進(jìn)行更換，后期維修、養(yǎng)護(hù)費用低。


圖1為本發(fā)明的彈塑性鋼阻尼輻結(jié)構(gòu)平面示意圖；圖2為實施例1的單層安全防 護(hù)裝置立面結(jié)構(gòu)圖，圖3、圖4、圖5為實施例1的單層安全防護(hù)裝置平面結(jié)構(gòu)圖；圖6為實 施例2的多層安全防護(hù)裝置立面結(jié)構(gòu)圖，圖7為實施例2的多層安全防護(hù)裝置平面結(jié)構(gòu)圖； 圖8、圖9和圖10為實施例3的表示互通三角區(qū)的安全防護(hù)裝置平面結(jié)構(gòu)圖，圖8為互通三 角區(qū)后端防護(hù)圖，圖9為互通三角區(qū)前端防護(hù)圖，圖10為互通三角區(qū)導(dǎo)流線示意；圖11為 實施例4的表示安全防護(hù)裝置拉索和蓋板立面結(jié)構(gòu)圖，圖12為實施例4的表示安全防護(hù)裝置拉索和蓋板平面結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記說明如下1-阻尼輻，2-緩沖構(gòu)件，3-加勁梁、4-防護(hù)外層、5-減震橡膠 塊、6-懸掛拉索、7-防塵蓋板、8-橋墩，9-防護(hù)柱，10-防護(hù)墩，11-景觀造型。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。參見圖1、圖2、圖3，一種彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，包括防護(hù)外層4和固定于 防護(hù)外層4內(nèi)的垂直層狀布置的緩沖組件，所述的每層緩沖組件包括水平層狀分布的加勁 梁3和緩沖構(gòu)件2，緩沖構(gòu)件2均布跨接于相鄰加勁梁3之間，并且加勁梁3的上下側(cè)均設(shè) 置有緩沖構(gòu)件2，加勁梁3上下側(cè)的緩沖構(gòu)件2垂直方向上交錯設(shè)置。所述的每個緩沖構(gòu) 件2為一對相扣設(shè)置的弧形阻尼輻1，一對阻尼輻1的一端相互交叉；該阻尼輻1采用彈塑 性軟鋼制成，其縱向疊面可為C型、半橢圓型或非線性弧等形狀，撞擊時通過阻尼輻的塑性 變形，延長撞擊時間，耗散撞擊能量和降低撞擊力。所述相鄰緩沖組件垂直方向上相鄰的加 勁梁3之間設(shè)置有減震橡膠塊5，減震橡膠塊5上下連接于相鄰加勁梁3之間并與橋墩8 環(huán)繞抱緊或鉚接在一起，并且垂直方向上相鄰的減震橡膠塊5相互交錯設(shè)置。所述的防護(hù) 外層4由橡膠硫化與高塑性鋼板上制成，防護(hù)外層4的水平截面可以為封閉的圖形，如橢圓 形、跑道形、圓形、矩形或其他平面圖形，也可以為線性形狀，如直線、曲線等，其水平截面形 狀與橋墩的外輪廓形狀相似，防護(hù)外層4的頂層緩沖組件上設(shè)置防塵蓋板7，防塵蓋板7可 以防止灰塵、雨雪等雜物進(jìn)入防護(hù)裝置，在最頂層緩沖組件的水平外層的加勁梁3上設(shè)置 有懸掛拉索6，采用懸掛拉索6將防護(hù)裝置懸掛連接于橋墩8上部，可實現(xiàn)安全防護(hù)裝置的 滑移轉(zhuǎn)動。施工時，本發(fā)明沿橋墩8周圍通過螺栓將最內(nèi)環(huán)的加勁梁3緊抱于橋墩8，彈塑性 鋼阻尼輻1通過連接銷將環(huán)套的內(nèi)外加勁梁3依次連接成整體；最外環(huán)的頂層加勁梁3通 過懸掛拉索6懸掛連接于橋墩8上；最后在防護(hù)外層4頂部設(shè)置防塵蓋板7即可。實施例1如圖2、圖3所示，本實施例的防護(hù)外層4內(nèi)垂直設(shè)置八層緩沖組件環(huán)繞 于橋墩8周圍，防護(hù)外層4水平截面為圓形，每層緩沖組件包括水平環(huán)套的兩層加勁梁3， 加勁梁3也為相應(yīng)的環(huán)形。緩沖構(gòu)件2均布設(shè)置在兩層加勁梁3上下側(cè)，垂直方向上，相鄰 的緩沖構(gòu)件2交錯設(shè)置，每個緩沖構(gòu)件2的相互交叉端與水平外層的加勁梁連接，未交叉端 與水平內(nèi)層加勁梁3連接，內(nèi)層的加勁梁3緊抱于橋墩8，減震橡膠塊5連接于上下相鄰的 內(nèi)層的加勁梁3上并與橋墩8環(huán)繞抱緊相鉚接，每層緩沖組件水平外層的加勁梁3均固定 于防護(hù)外層4內(nèi)壁上，最頂層的緩沖組件水平外層的加勁梁3上設(shè)置懸掛拉索6，懸掛拉索 6連接于橋墩8的上部，保持最底層的緩沖組件與地面脫離，防護(hù)外層4的頂部設(shè)置防塵蓋 板7。如圖4所示，與圖2不同的是，防護(hù)外層4水平截面為跑道形，因此，與其對應(yīng)的加 勁梁3也為相應(yīng)的跑道形結(jié)構(gòu)。如圖5所示，與圖2不同的是，防護(hù)外層4的水平截面為矩形，因此，與其對應(yīng)的加 勁梁3也為相應(yīng)的矩形結(jié)構(gòu)，其四個邊角過渡處為弧線，緩沖組件均布連接在相鄰的加勁 梁3之間。實施例2如圖5、圖6所示，本實施例的防護(hù)外層4內(nèi)上下垂直設(shè)置八組緩沖組件，防護(hù)外層4水平截面為圓形，加勁梁3也為相應(yīng)的環(huán)形，每層緩沖組件包括環(huán)套的三層加勁 梁3，最內(nèi)層的加勁梁3緊抱于橋墩8，與實施例1的緩沖構(gòu)件2與加勁梁3連接方式相似， 本實施例的內(nèi)層的加勁梁3與中層的加勁梁3通過緩沖構(gòu)件2連接，中層的加勁梁3與外 層的加勁梁3也通過緩沖構(gòu)件2順次連接，緩沖構(gòu)件2的相互交叉端始終處于外層；在垂直 相鄰的內(nèi)層的加勁梁3之間連接減震橡膠塊5，相鄰減震橡膠塊5在垂直方向上交錯設(shè)置， 減震橡膠塊5上下連接于最內(nèi)環(huán)的加勁梁3上并與橋墩8環(huán)繞抱緊或鉚接，頂層緩沖組件 水平方向最外層的加勁梁3上設(shè)置懸掛拉索6連接于橋墩8的上部，防護(hù)外層4的頂部設(shè) 置防塵蓋板7。防護(hù)外層的示意形狀不限于圓形。實施例3如圖8、圖9、圖10所示，防護(hù)設(shè)計主要針對互通三角區(qū)結(jié)構(gòu)物設(shè)計，由于 互通三角區(qū)為汽車分流處，易受汽車撞擊，由前端的防護(hù)柱9和后端的防護(hù)墩10組成。如 圖9所示，其中前端防護(hù)柱9為圓柱形，其上設(shè)置的安全防護(hù)裝置半環(huán)繞于防護(hù)柱9的前端 部(即迎著車輛駛?cè)氲姆较?，安全防護(hù)裝置的防護(hù)外層4為橫疊面為半圓，防護(hù)外層4內(nèi) 每層緩沖組件包括水平內(nèi)外設(shè)置的三層加勁梁3，加勁梁3也為相應(yīng)的半環(huán)形，三層加勁梁 3之間通過緩沖構(gòu)件2依次連接，在垂直相鄰加勁梁3之間連接減震橡膠塊5，減震橡膠塊 5環(huán)抱與防護(hù)柱9上。同時，防護(hù)外層4的底部可以直接埋設(shè)、固定于路面或有緊固配件將 下端固定到設(shè)于路面上的基座，因而不需要懸掛拉索6連接；如圖8所示，對于后端的防護(hù) 墩10，其由一個橫疊面為矩形的墻體和與其連接的半圓柱組成，此時，安全防護(hù)裝置的防護(hù) 外層4的橫疊面為U形結(jié)構(gòu)，對與半圓柱部分，加勁梁3也為相應(yīng)的半環(huán)形，由于半圓柱直 徑較小，半圓柱部分設(shè)置四層加勁梁3，四層加勁梁3兩兩通過緩沖構(gòu)件2連接，對于墻體部 分，由于墻體相對于半圓柱教寬，在防護(hù)墩10的墻體撞擊兩側(cè)均設(shè)置兩層加勁梁3，并通過 緩沖構(gòu)件2連接，同時，將兩部分內(nèi)層的加勁梁3項連接使其保持一體，最后再分別在垂直 相鄰的內(nèi)層的加勁梁3之間連接減震橡膠塊5。當(dāng)汽車高速撞擊時，汽車首先撞擊前端防 護(hù)柱9部分的安全防護(hù)裝置，即使由于汽車的高速撞擊致使前端防護(hù)裝置被撞壞，汽車不 可避免撞擊后端防護(hù)墩10的安全防護(hù)裝置，此時由于撞擊時間很長，汽車速度也很快降下 來，另外后端防護(hù)裝置也能通過變形耗散撞擊能量，最終的撞擊力已經(jīng)小到互通三角區(qū)結(jié) 構(gòu)物足以抵抗，有效消除了碰撞時的尖峰荷載，在實現(xiàn)撞擊物防撞的同時，可以有效避免或 減少車輛與撞擊物的損傷。實施例4如圖11、圖12所示，本實施例的安全防護(hù)裝置頂層的緩沖組件最外層加 勁梁3通過懸掛拉索6懸掛連接于連接于橋墩8上，由于最外層的加勁梁3與防護(hù)外層4 固定連接，懸掛拉索6可以將整個安全防護(hù)裝置吊起，同時，對于一些類似橋墩的立柱，其 頂端可以設(shè)置不同的景觀造型11來增加景觀效果，如采用“鯉魚跳龍門”的造型，并且將懸 掛拉索6可與景觀造型連接。為了安裝和更換方便，在安防護(hù)外層4頂面設(shè)置的防塵蓋板7 也可以采用單元式分塊設(shè)計，鋁鉚釘鉚接，在碰撞發(fā)生時鋁鉚釘被剪斷，防塵蓋板7可以潰 縮，不影響防護(hù)裝置的變形。同時，防塵蓋板7邊緣采用圓筒卷邊設(shè)計，撞擊位置沒有尖角， 擴(kuò)大撞擊范圍，有效保護(hù)車輛、船舶的安全。本發(fā)明的實施方式并不局限與上述實施例，只要是與橋墩8、防護(hù)柱9、防護(hù)墩10 等類似結(jié)構(gòu)物需要設(shè)置防護(hù)裝置的地方均可使用本安全防護(hù)裝置。
權(quán)利要求
一種彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，包括防護(hù)外層(4)和固定于防護(hù)外層(4)內(nèi)的垂直層狀布置的緩沖組件，其特征在于所述的每層緩沖組件包括水平層狀分布的加勁梁(3)和均布跨接于相鄰加勁梁(3)之間的緩沖構(gòu)件(2)，所述的每個緩沖構(gòu)件(2)為一對相扣設(shè)置的弧形阻尼輻(1)，一對阻尼輻(1)的一端相互交叉；所述相鄰緩沖組件上的緩沖構(gòu)件(2)垂直方向上相互交錯設(shè)置，垂直方向上相鄰的加勁梁(3)之間設(shè)置有減震橡膠塊(5)，垂直方向上相鄰的減震橡膠塊(5)相互交錯設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述加勁梁(3) 的上下側(cè)均設(shè)置有緩沖構(gòu)件(2)，上下側(cè)的緩沖構(gòu)件(2)垂直方向上交錯設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述一對阻 尼輻(1)的相互交叉端與水平外層的外加勁梁(3)連接，未交叉端與水平外層相鄰的內(nèi)加 勁梁⑶連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述防護(hù)外層(4) 頂部設(shè)置有防塵蓋板(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述頂層緩沖組 件的水平外層的加勁梁(3)上設(shè)置有懸掛拉索(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述阻尼輻(1) 采用彈塑性軟鋼材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述阻尼輻(1) 的縱向疊面可為C型、半橢圓型或非線性弧等形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述加勁梁(3) 與阻尼輻(1)采用銷接或鉚接連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述防護(hù)外 層(4)由橡膠硫化與高塑性鋼板上制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置，其特征在于所述防護(hù)外層(4)的橫疊面為封閉圖形或線性形狀。全文摘要
本發(fā)明涉及一種彈塑性鋼結(jié)構(gòu)安全防護(hù)裝置。目前，汽車、船舶撞擊橋墩或周邊建筑時仍屬于剛性撞擊，不能有效的耗散能量，減弱撞擊傷害。本發(fā)明的防護(hù)裝置，包括防護(hù)外層和固定于防護(hù)外層內(nèi)的垂直層狀布置的緩沖組件，每層緩沖組件包括水平層狀分布的加勁梁和均布跨接于相鄰加勁梁之間的緩沖構(gòu)件，每個緩沖構(gòu)件為一對相扣設(shè)置的弧形阻尼輻，一對阻尼輻的一端相互交叉；相鄰緩沖組件上的緩沖構(gòu)件垂直方向上相互交錯設(shè)置，垂直方向上相鄰的加勁梁之間設(shè)置有減震橡膠塊，垂直方向上相鄰的減震橡膠塊相互交錯設(shè)置。本發(fā)明的優(yōu)點是1)安全性高，耐久性好，耗能效果強；2)安裝簡易，維護(hù)方便。
文檔編號E01F15/14GK101949138SQ20101025389
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者劉士林, 孫蕊鑫, 孟津, 彭澤友, 潘長平, 熊治華, 王偉, 葛勝錦, 霍明, 高山 申請人:中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司