本发明专利技术提供了一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置，属于桥墩抗冰技术领域。对于寒区涉水桥墩，在桥墩周围安装一种可发生大变形的气囊装置，以大幅减小静冰不平衡挤压荷载和动冰撞击荷载，从而有效保证结构安全性、稳定性和耐久性。相比于现有桥墩抗冰装置，本装置优点包括：容许变形能力大，大幅降低静冰挤推荷载和流冰撞击荷载；可根据水位变化自动上下浮动，也可通过配重调整浸水体积，灵活度高；气囊可通过气阀自动调节内部气压，由此既可调整自身容许变形体积，也能保证自身安全；构造简单、装置轻便，装卸简便，经济高效，可靠实用。本装置几乎可用于寒区任何涉水建筑物、如海洋平台、海上风机、甚至船舶等抗冰减载，用途广泛。
【技术实现步骤摘要】
一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置
本专利技术涉及一种桥墩抗冰装置，具体涉及一种针对寒冷冰冻区涉水桥墩，大幅降低其静冰和动冰荷载，提高其安全性的装置。
技术介绍
国内外修建了数以百万计的桥梁，很多桥梁的桥墩、桥塔、甚至有些锚碇修建在江河、湖泊、水库、以及海洋中。寒冷冰冻区涉水桥梁的下部结构(以桥墩为例)常常遭受静冰和动冰荷载的巨大作用，可能威胁桥梁安全。桥墩冰荷载主要包括由静止或缓慢移位冰产生的挤压静荷载和流冰产生的动荷载两类。在冰冻期，水面冰封，桥墩周围的冰厚度、面积和体积增大，受水域边界约束、相邻桥墩约束或水位升降影响，冰层可能会对刚性桥墩施加强大的不平衡静挤推力，导致桥墩产生过大变形甚至破坏坍塌，相关桥梁事故时有发生；在冰融期，江河、海洋大块流冰会对桥墩造成巨大的撞击力，反复的流冰撞击形成动冰荷载，引起桥墩的损伤甚至破坏，这种事故也是屡见不鲜。桥梁冰载造成巨大的经济损失和严重的社会不良影响。因此，有必要对寒区涉水桥墩采取必要的经济、实用、安全、可靠的防护措施，使其免受过大的冰载作用，以保证桥梁结构的安全性、稳定性和耐久性。目前的防护措施可主要分为破冰、融冰和抗冰三大类。人工破冰危险性较高、灵活性较差，机械破冰装置构造较复杂、设备费用昂贵，融冰装置构造也较复杂、并且需要消耗大量能源。因此，绝大部分桥梁采用抗冰保护装置。但是，现有的一些抗冰保护装置不同程度地存在以下不足：(1)不能同时很好地降低静冰不平衡挤推荷载和流冰动力撞击荷载；(2)抵抗静冰荷载装置的自适应能力低、变形能力小、静冰荷载降幅较小；(3)部分装置由于密闭性欠缺而导致装置内部结冰，影响减载效果；(4)装置构造复杂、难以满足便利性和经济性的需求。因此，亟需研究一种适用范围广、灵活度高、实用性强、经济性好的桥墩抗冰保护装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对寒区涉水桥墩抗冰的工程需求，提供一种具备大变形和自适应能力、可同时大幅降低静冰荷载和动冰荷载的可靠、实用、便利、经济的桥墩抗冰保护装置。本专利技术的技术方案：一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置，包括包裹在桥墩1上的气囊2，用于调整气囊2标高、浸水深度和体积的配重件3，将配重件3悬吊于气囊2下方的绳索4。气囊2顶部设有若干控制气阀201，用于充气增压或排气减压；在冰冻前，通过气囊2端部活动连接为一体，使得闭环气囊包裹在桥墩1的指定标高位置，然后给气囊2充气到设计气压；配重件3通过绳索4悬挂在气囊2底部的吊耳203上，通过不同质量的配重件3可以调整气囊2浸没于水中的深度和体积；从而可以避免冰体或流冰5与桥墩1直接接触。桥墩1周围均匀结冰时，气囊2受到静冰荷载挤压，由于气囊2是柔性装置，因此可以产生部分变形，相对冰体直接作用到桥墩，可以起到一定卸载作用。一般来说，温度越低、冰期越长、冰层越厚、冰体越大，气囊2的变形和压强也越大，桥墩1受到径向压力也越大，但这种对称压力对钢筋混凝土或钢管混凝土桥墩不会造成威胁，即使没有气囊装置2也没关系；有些情况下，本来静止的巨大冰体可能由于某些原因向某方向发生部分位移，此时固定的桥墩1必然受到静冰不平衡挤推力，气囊2可产生不对称的挤压变形，允许冰体发生一部分位移，由此可以大大地降低(降幅可以达到80％，甚至更大，与气囊2参数和冰体5位移有关)冰载作用；当气囊2内部气压达到设计阈值时，控制气阀201可以自动开启，释放空气达到额定气压后自动关闭，从而始终控制桥墩1不至于受到过大的不平衡挤推力，也不至于达到气囊2承压能力而爆裂失效；由于大体积气囊2的存在，相当于为可能发生移位的冰体5预留了足够的位移空间，从而实现了冰载遏减效果。对于流冰撞击，气囊2一方面可以增加冰体5的撞击作用时间、起到缓冲保护作用，另一方面也可以增大桥墩1的受力面积，从而大幅降低撞击力，还可以避免流冰5对的桥墩1的磨损，保证桥梁的安全性和耐久性。可上下浮动的气囊2还能自适应地抵抗不同水位条件下的流冰撞击。所述的桥墩1的断面形状和尺寸不限。所述的气囊2端部的活动连接方式为内嵌插扣连接、螺栓连接、卡扣铰接；充气后的气囊2完全包裹住活动连接位点，使其隔绝水源并防止其遭受挤压和撞击。所述的气囊2的形状和尺寸由桥墩1的断面形状和尺寸、气囊压缩变形量、冰层厚度、冰块可能冲击荷载等多种因素确定。气囊2的高度根据所处水域的结冰厚度来设计，以保证冰体和流冰5始终不会触碰桥墩1为基本条件。所述的气囊2采用柔性材料，在充气后应具有一定的刚度、强度、硬度、抗磨性和耐侯性。刚度不宜过大，否则减载效果会明显降低。所述的控制气阀201能用于充气和定压排气，属于半自动机械装置，可参考相关资料进行设计，具体构造不在本专利专利技术范围内。所述的内嵌插扣202应具有足够的强度和刚度，且不限于插扣形式，还可以为采用螺栓连接、卡扣铰接等形式。充气后的气囊2可以完全包裹住内嵌插扣202，使其隔绝水源并防止其遭受挤压和撞击。所述的吊耳203可采用镀锌钢环制作，设置吊耳203处的气囊2应做加厚处理，保证合理受力。所述的配重件3的数量和重量主要由气囊2的设计浸水深度和体积确定。配重件3可以为沙袋、石袋或混凝土块等，经济性相对较好，当然也不限于这些材料。配重件3应等重对称布置，从而保证气囊稳定性。所述的绳索4具有足够的强度，具体材料和形式不限，尽量满足经济、耐久、安全、可靠等条件。所述的装置在冬季结冰前安装，安装后既可长期置放，也可在冰期过后拆除，其安装流程为：(1)利用内嵌插扣202将未充气的相关参数经过设计的气囊2包裹在水面附近的桥墩1周围；(2)给气囊2充气至设计压强值；(3)将配重件3通过绳索4悬挂在吊耳203上，气囊2在配重件拉力作用下下沉，直至静止平衡。冰期可自适应地抵抗遏减静冰挤压和流冰撞击荷载，保证桥梁的安全性、稳定性和耐久性。本专利技术的有益效果：(1)容许变形能力大，能大幅降低桥墩受到的浮冰静挤推力和流冰动撞击荷载；(2)自适应性强，灵活度高。控制气阀自动调节内部气压，在一定程度上可以调节气囊体积。在竖直方向，气囊可根据水位变化自动上下浮动；(3)构造简单、装置轻便，装卸简便；(4)经济、高效、可靠、实用。附图说明图1是一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置主视图。图2是一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置安装流程示意图。图3是一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置剖面图。图中：1桥墩；2气囊；201控制气阀；202内嵌插扣；203吊耳；3配重件；4钢丝绳；5冰体或流冰。具体实施方式以下结合技术方案和附图，详细叙述本专利技术的具体实施方式。如图1～图3所示，一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置，包括包裹在桥墩1上的气囊2，用于调整气囊2标高、浸水深度和体积的配重件3，将配重件3悬吊于气囊2下方的绳索4。气囊2包括若干控制气阀201、内嵌插扣202和若干吊耳203。装置在冬季结冰前安装，安装后既可长期置放，也可在冰期过后拆除，其安装流程为：利用内嵌插扣202将设计好的未充气的气囊2包裹在水面附近的桥墩1周围，充气至设计气压值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置，其特征在于，该寒区涉水桥墩冰载遏减装置包括包裹在桥墩(1)上的气囊(2)，用于调整气囊(2)标高、浸水深度和体积的配重件(3)，将配重件(3)悬吊于气囊(2)下方的绳索(4)；气囊(2)顶部设有若干控制气阀(201)，用于充气增压或排气减压；在冰冻前，通过气囊(2)端部活动连接为一体，使得闭环气囊(2)包裹在桥墩(1)的指定标高位置，然后给气囊(2)充气到设计气压；配重件(3)通过绳索(4)悬挂在气囊(2)底部的吊耳(203)上，通过不同质量的配重件(3)调整气囊(2)浸没于水中的深度和体积，从而避免冰体或流冰(5)与桥墩(1)直接接触；当桥墩(1)受到静冰不平衡挤推力时，气囊(2)产生不对称的挤压变形，允许冰体或流冰(5)发生一部分位移，由此降低冰载作用；当气囊(2)内部气压达到设计阈值时，控制气阀(201)自动开启，释放空气达到额定气压后自动关闭，从而始终控制桥墩(1)不至于受到过大的不平衡挤推力，也不至于达到气囊(2)承压能力而爆裂失效；由于气囊(2)的存在，相当于为可能发生移位的冰体或流冰(5)预留足够的位移空间，从而实现冰载遏减。/n
【技术特征摘要】
1.一种寒区涉水桥墩冰载遏减装置，其特征在于，该寒区涉水桥墩冰载遏减装置包括包裹在桥墩(1)上的气囊(2)，用于调整气囊(2)标高、浸水深度和体积的配重件(3)，将配重件(3)悬吊于气囊(2)下方的绳索(4)；气囊(2)顶部设有若干控制气阀(201)，用于充气增压或排气减压；在冰冻前，通过气囊(2)端部活动连接为一体，使得闭环气囊(2)包裹在桥墩(1)的指定标高位置，然后给气囊(2)充气到设计气压；配重件(3)通过绳索(4)悬挂在气囊(2)底部的吊耳(203)上，通过不同质量的配重件(3)调整气囊(2)浸没于水中的深度和体积，从而避免冰体或流冰(5)与桥墩(1)直接接触；当桥墩(1)受到静冰不平衡挤推力时，气囊(2)产生不对称的挤压变形，允许冰体或流冰(5)发生一部分位移，由此降低冰载作用；当气囊(2)内部气压达到设计阈值时，控制气阀(201)自动开启，释放空气达到额定气压后自动关闭，从而始终控制桥墩(1)不至于受到过大的不平衡挤推力，也不至于达到气囊(2)承压能力而爆裂失效；由于气囊(2)的存在，相当于为可能发生移位的冰体或流冰(5)预留足够的位移空间，从而实现冰载遏减。
2.根据权利要求1所述的寒区涉水桥墩冰载遏减装置，其特征在于，所述的气囊(2)采用柔性材料，其形状和尺寸由桥墩(1)的断面形状和尺寸、气囊压缩变形量、冰层厚度、冰块可能冲击荷载多种因素确定；气囊(2)的高度根据所处水域的结冰厚度来设计，以保证冰体或流冰(5)始终不会触碰桥墩(1)为基本条件。
3.根据权利要求1或2所述的寒区涉水桥墩冰载遏减装置，其特征在于，所述的控制气阀(201)用于充气和定压排气，为一种半自动机械装置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：许福友，邱文亮，王品卿，刘高，李文杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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