一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统
技术领域
本发明涉及桥墩防撞技术领域，特别是涉及一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统。
背景技术
现有的大型桥墩防撞船设施主要分为三大类：钢结构防撞设施、全复合材料防撞设施和钢覆复合材料防撞设施。这三大类防船撞装置均只有单级设防，防撞设施的主体结构在发生碰撞后，其变形往往是不可恢复的。防撞设施在一次碰撞发生后，较小变形须经过外力修复，大面积变形或损坏时须进行单体更换后方能重新使用，因而维修困难成本大且维修率高。同时，钢结构防撞设施耐腐蚀性较差，对于环境要求较高，对水域环境较敏感；单个全复合材料防撞设施难以满足高吨位船型要求；单个钢覆复合材料防撞设施刚度较大，易对船舶造成不可恢复的损害。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统，可以实现大变形复合材料与复材箱结构组合的多级桥墩防撞体系，可以更大范围的保护更大范围保护船舶和桥墩。
为实现上述的目的，本发明提供如下的技术方案：
本发明公开了一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统，包括：多个防撞单元；所述防撞单元围绕桥墩设置，形成防撞圈；所述防撞单元沿着所述防撞圈径向方向上由外向内依次设有：大变形防撞体和复材箱；所述复材箱远离桥墩的一侧内部凹陷形成第一凹陷部，所述第一凹陷部内部设有第一大变形防撞体。本发明通过设置大变形防撞体和复材箱实现了多级的防撞体系，在小吨位船舶的撞击下，仅仅依靠大变形防撞体即可达到消能的效果，并且无须修复，在大吨位船舶的撞击下，大变形防撞体充分发挥吸能作用后，复材箱同样可以参与变形吸能，实现多级防护的效果。
优选的，在所述复材箱靠近桥墩的一侧内部凹陷形成第二凹陷部，在所述第二凹陷部内部相对于所述第一大变形防撞体对称设置第二大变形防撞体，所述第一大变形防撞体和所述第二大变形防撞体结构相同。
优选的，所述大变形防撞体包括软体圈和耗能散粒体；所述软体圈内填充有耗能散粒体；所述软体圈伸出所述凹陷部的外表面上下对称设有柔性防护壳，上部为第一柔性防护壳，下部为第二柔性防护壳，所述第一柔性防护壳和第二柔性防护壳的同一侧与复材箱连接；所述第一柔性防护壳和第二柔性防护壳的另一侧通过扩散块进行连接，所述扩散块的内壁、所述第一柔性防护壳的内壁、所述第二柔性防护壳的内壁和所述第一凹陷部形成容置空间，所述软体圈设于容置空间内；所述第一柔性防护壳、所述第二柔性防护壳和所述扩散块构成保护罩；摩擦板通过螺栓设置在所述扩散块的外壁；所述复材箱靠近桥墩的一侧设置有橡胶护舷。
优选的，所述第一大变形防撞体和所述第二大变形防撞体包括软体圈和耗能散粒体；所述软体圈内填充有耗能散粒体；所述软体圈伸出所述第一凹陷部和第二凹陷部的外表面上下对称设有柔性防护壳，上部为第一柔性防护壳，下部为第二柔性防护壳，所述第一柔性防护壳和第二柔性防护壳的同一侧与复材箱连接；所述第一柔性防护壳和第二柔性防护壳的另一侧通过扩散块进行连接，所述扩散块的内壁、所述第一柔性防护壳的内壁、所述第二柔性防护壳的内壁和所述第一凹陷部或者第二凹陷部形成容置空间，所述软体圈设于容置空间内；所述第一柔性防护壳、所述第二柔性防护壳和所述扩散块构成保护罩；
摩擦板通过螺栓设置在所述扩散块的外壁。
优选的，第一大变形防撞体包括复合材料缠绕管和耗能散粒体；所述复合材料缠绕管内部填充有耗能散粒体；所述复合材料缠绕管通过法兰与复材箱的一侧进行连接，形成整体；所述复材箱另外一侧设置有橡胶护舷。
优选的，所述第一大变形防撞体和第二大变形防撞体包括复合材料缠绕管和耗能散粒体；所述复合材料缠绕管内部填充有耗能散粒体，所述复合材料缠绕管内部填充有耗能散粒体；所述复合材料缠绕管通过法兰与复材箱的一侧进行连接，形成整体。
优选的，其特征在于，所述软体圈由高弹性软体材料制成，其形状为圆筒形或半圆筒形；所述耗能散粒体为轻质高强陶粒；所述第一柔性防护壳和所述第二柔性防护壳通过螺栓与复材箱连接。
优选的，其特征在于，所述复合材料缠绕管由不同层数和角度的纤维布缠绕而成，形状为圆筒或半圆筒形；所述耗能散粒体为轻质高强陶粒。
优选的，所述复材箱具有不同的截面格构型式，比如：竖直格构、双层正交格构、双层错位、六边形格构、梯形格构和波形格构。
本发明的有益效果是：
本发明通过：1、大变形防撞体+复材箱或者大变形防撞体+复材箱+大变形防撞体的结构形式，实现了对于桥墩的多级防护体系，在保护桥墩的同时也保护了船只。2、本发明可以实现在在小吨位船舶的撞击下，仅仅依靠大变形防撞体即可达到消能的效果，并且无须修复，一次碰撞发生后，由于大变形防撞体可被压缩其60％直径以上变形而不发生破坏且可恢复，因而主体结构基本不需修复；仅需对压碎的散粒体进行补填，因而整个防撞系统具有维修简易经济、维修率低的特点。3、本发明可以实现在大吨位船舶的撞击下，大变形防撞体充分发挥吸能作用后，复材箱参与变形吸能，实现多极化防护，因为大变形防撞体和复材箱呈分段设置，必要是只需要对损坏的部分进行替换即可。
附图说明
图1为本发明防撞系统的应用示意图。
图2为本发明实施例中防撞单元的截面图。
图3为本发明实施例中防撞单元的截面图。
图4为本发明实施例中防撞单元的截面图。
图5为本发明实施例中防撞单元的截面图。
图6本发明实施例中复材箱的结构示意图。
图7本发明实施例中复合材料缠绕管的结构示意图。
附图说明：
1-防撞单元、2-防撞圈、3-第一大变形防撞体、4-复材箱、5-第二大变形防撞体、6-软体圈、7-耗能散粒体、801-第一柔性防护壳、802-第二柔性防护壳、803-扩散块、8-保护罩、9-摩擦板、804-连接螺栓、10-橡胶护舷、11-复合材料缠绕管、12-法兰、13-纤维布铺层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
实施例1
参见图1和图2，本实施例1公开了一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统，可以实现大变形复合材料与复材箱4结构组合的多级桥墩防撞体系，可以更大范围的保护更大范围保护船舶和桥墩；一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统包括：多个防撞单元1；防撞单元围绕桥墩设置，形成防撞圈2，具体需要设置几个防撞单元1需要根据桥墩的尺寸来进行设置；防撞单元1沿着防撞圈2径向方向上由外向内依次设有：第一大变形防撞体3和复材箱4；复材箱4远离桥墩的一侧内部凹陷形成第一凹陷部，第一凹陷部内部设有第一大变形防撞体3。
大变形防撞体包括软体圈6和耗能散粒体7；软体圈6内填充有耗能散粒体7，耗能散粒体7可以选用轻质高耗能散粒体，优选轻质高强陶粒；耗能散粒体7紧密的填充在软体圈6内部；软体圈6由高弹性软体材料制成，其形状为圆筒形或半圆筒形。
软体圈6伸出第一凹陷部的外表面上下对称设有柔性防护壳，上部为第一柔性防护壳801，下部为第二柔性防护壳802，第一柔性防护壳801和第二柔性防护壳802的同一侧与复材箱4连接，可以通过连接螺栓或者胶合等方式进行连接，本实施例优选为通过连接螺栓804进行连接。第一柔性防护壳801和第二柔性防护壳802的另一侧通过扩散块803进行连接，扩散块803的内壁、第一柔性防护壳801的内壁、第二柔性防护壳802的内壁和第一凹陷部形成容置空间，在本实施例中，软体圈6紧密的设置在容置空间中，此种设置方式可以达到一个快速的传力效果。第一柔性防护壳801、第二柔性防护壳802和扩散块803构成保护罩8；保护罩8可以防止河流中漂流的杂物或者船只破坏软体圈6。
摩擦板9通过螺栓设置在扩散块803的外壁；在船只与本防撞系统发生不可避免的碰撞时，摩擦板9可以为船只提供一个比较好的摩擦力，防止船只因为滑移碰到桥梁本体。复材箱4靠近桥墩的一侧设置有橡胶护舷10，单个的防撞单元1通过橡胶护舷10设置在桥墩表面。
在本实施例中复材箱4可以选用不同的截面格构型式，比如：竖直格构、双层正交格构、双层错位、六边形格构、梯形格构和波形格构等。
实施例2
参见图3，本实施例是实施例1的基础之上对防撞单元1做了进一步的改进，本实施在复材箱4靠近桥墩一侧，相对第一凹陷部对称设置第二凹陷部，第二凹陷部内也相对第一大变形防撞体3对称设置第二大变形防撞体5，和第二大变形防撞体5结构与第一大变形防撞体3的结构相同，第二大变形防撞体5与复材箱4的连接关系也相同与第一大变形防撞体3与复材箱4的连接关系。本实施例提供的防撞单元1通过第二大变形防撞体5上的摩擦板9与桥墩连接。
实施例3
参见图四，本实施例在实施例1的基础之上，提供了一种新的第一大变形防撞体3的结构，本实施例的中的第一大变形防撞体3包括复合材料缠绕管11和耗能散粒体7；复合材料缠绕管11内部填充有耗能散粒体7；复合材料缠绕管11通过法兰与复材箱4的一侧进行连接，形成整体；复材箱4另外一侧设置有橡胶护舷10。
在本实施例中复合材料缠绕管11由不同层数和角度的纤维布铺层13缠绕而成，形状可以选用圆筒或半圆筒形；耗能散粒体7可以选用轻质高耗能散粒体7，优选轻质高强陶粒；耗能散粒体7紧密的填充在复合材料缠绕管11内部。
实施例4
参见图5，本实施例在实施例3的基础之上，对防撞单元1做了进一步的改进，本实施例，本实施在复材箱4靠近桥墩一侧，相对第一凹陷部对称设置第二凹陷部，第二凹陷部内也相对第一大变形防撞体3对称设置第二大变形防撞体5，和第二大变形防撞体5结构与第一大变形防撞体3的结构相同，第二大变形防撞体5与复材箱4的连接关系也相同与第一大变形防撞体3与复材箱4的连接关系。
本实施例中采用的第一大变形防撞体3和第二大变形防撞体5，同样包括复合材料缠绕管11和耗能散粒体7；复合材料缠绕管11内部填充有耗能散粒体7；复合材料缠绕管11通过法兰与复材箱4的一侧进行连接，形成整体。
参加图7，图7公开了一种复合材料缠绕管11复合材料缠绕管11的结构示意图，
在本实施例中复合材料缠绕管11由包括但不限于：水平、垂直、左倾斜、右倾斜等角度的纤维布铺层13缠绕而成，形状可以选用圆筒或半圆筒形；耗能散粒体7可以选用轻质高耗能散粒体7，优选轻质高强陶粒；耗能散粒体7紧密的填充在复合材料缠绕管11内部。图6公开了一种复材箱4具体的格构型式。
工作原理：
本发明公开的一种外设大变形软体的全复合材料防撞系统，第一大变形防撞体3、第二大变形防撞体5和复材箱4事先在工厂加工制作，将耗能散粒体7灌入软体圈6或者复合材料缠绕管11中后密封形成上述的第一大变形防撞体3、第二大变形防撞体5；
然后通过螺栓连接、法兰连接等形式将第一大变形防撞体3与复材箱4连接形成整体，形成上述的防撞单元1，可以参照工程实际状态或者其他因素来确定是否设置第二大变形防撞体5。将工厂制作好的防撞单元1运输至防撞现场，通过连接将各防撞单元1连成整圈。
碰撞发生时，船舶先接触摩擦板9，产生轻微滑移，随着撞击力的增大，撞击力通过扩散块803扩散至软体圈6或者复合材料缠绕管11，然后经内部设置的耗能散粒体7传至复材箱4，在通过橡胶护舷10传至桥墩结构，后在撞击力作用下防撞单元1发生径向截面压缩，软体圈6或者复合材料缠绕管11发生大变形，约束并挤压内部的耗能散粒体7发生摩擦和破碎吸收船舶碰撞能量；在撞击能量较大时，复材箱4共同参与，复材箱4变形吸能。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
