吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海上防撞设备技术领域，特别是一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置。包括外层、中层和内层，每一层都由芯材聚氨酯泡沫和外部包裹的GFRP面板组成。本防撞装置具备内中外三层，多层设计在增强保护效果的同时，外层破坏，在修补之前内层可继续发挥一定的防撞作用。圆柱形的设计便于将上次破坏处旋转到船来方向的侧面，现场修补的同时，防撞装置其他完好的部位可以继续保护桩基础。他完好的部位可以继续保护桩基础。他完好的部位可以继续保护桩基础。

【技术实现步骤摘要】
吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置


[0001]本技术涉及海上防撞设备
，特别是一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置。

技术介绍

[0002]进入21世纪，人们在防撞装置的类型选择上逐渐以缓冲体方式的防撞装置为主而广泛应用，材料选择上，钢结构的缓冲体型防撞装置目前在我国应用较多，其主要优势在于防护范围大、有效降低船舶损伤度和撞损后相对低廉的修理费。作为主要结构形式，钢箱在碰撞过程中，可以通过钢结构的塑性变形来有效吸收冲击能量，其具备一定的刚度又能增长碰撞时间，从未达到有效防撞的目的。比如FRP(Fiber Reinforced Polymer/纤维增强聚合物)材料被应用到港珠澳大桥护舷的设计中；纤维复合材料被用作防撞系统的外壳应用到乌龙江大桥桥墩的保护工作中以及柔性异形筒自浮式复合材料防撞圈被应用到南昌大桥桥墩遭受浮运管段撞击的防撞过程中。
[0003]目前已存在的海上防撞装置，按大类可以按图11基本分类。目前应用比较多的，有一部分仍然以传统材料和形式为主，比如具有弹性和缓冲效果的橡胶，利用其弹性变形从而吸收部分撞击能量达到防撞效果，其大多应用在护舷防护装置中，还有木结构的防撞装置。后来，混凝土和钢结构这两种土木工程中的常见材料也被较多的应用到海上防撞装置中来。如今，随着复合材料的广泛应用与推广，有较多的研究人员将其设计制作成海上桥墩的防撞装置，比如聚氨酯泡沫、FRP(Fiber Reinforced Polymer/纤维增强复合材料)和GFRP(GlassFiber Reinforced Polymer/玻璃纤维增强复合材料)等。
[0004]目前已经应用在海上防撞装置的各种材料，都有其各自的明显的缺点，比如：橡胶对撞击力的折减效应效果并不明显，因此不适用于大面积水域中的桥墩防护。还有木结构的防撞装置，因其不可循环利用，经济性较差也不是良好的防撞材料。混凝土材料刚度较大，在保护桥墩的同时，对船舶也往往造成难以修补的损坏。钢结构能量吸收率低并且易腐蚀，很难在海洋环境中长期应用，后期维护成本也较高。复合材料中，聚氨酯泡沫在复杂的海洋环境中极易因为海浪的抨击而损坏，而GFRP又因为其是典型的脆性材料而具备较低的能量吸收效率，因此二者都不能单独应用到海洋防护中来。而且在结构形式上，大多数防撞装置都是单层，一旦损坏就要整体更换，不符合经海上防撞装置“小坏可用、大坏可修”的原则和经济可持续的设计理念。

技术实现思路

[0005]本技术为了有效的解决上述
技术介绍
中的问题，提出了一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，具体技术方案如下；
[0006]一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，其特征在于：包括外层、中层和内层，每一层都由芯材聚氨酯泡沫和外部包裹的GFRP面板组成。
[0007]优选地，每一层的圆周被切分为24个部分，每部分15
°
，且每一层每一个被切分的
泡沫之间，还有一层GFRP腹板。
[0008]优选地，每一层按90
°
环向划分，划分为4个基本加工单元，每个基本加工单元之间用一对凹凸连接插销结构，用一对高强度聚乙烯螺栓连接在一起。
[0009]优选地，径向外、中、内层每四分之一部分之间，用径向插销连接。
[0010]优选地，径向外、中、内层每四分之一部分插入两个径向插销。
[0011]优选地，防撞装置整体为圆柱形。
[0012]与现有技术相比，本技术的有为益效果是：本防撞装置具备内中外三层，多层设计在增强保护效果的同时，外层破坏，在修补之前内层可继续发挥一定的防撞作用。圆柱形的设计便于将上次破坏处旋转到船来方向的侧面，现场修补的同时，防撞装置其他完好的部位可以继续保护桩基础。
附图说明
[0013]图1为本专利技术整体结构的示意图；
[0014]图2a为本专利技术中泡沫芯材的结构示意图；
[0015]图2b为本专利技术中外层环向GFRP的结构示意图；
[0016]图2c为本专利技术中径向GFRP的结构示意图；
[0017]图2d为本专利技术中平面GFRP的结构示意图；
[0018]图2e为本专利技术中内层环向GFRP的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术中防撞装置各层半径结构示意图；
[0020]图4为本专利技术中防撞装置单层环向插销连接示意图；
[0021]图5为本专利技术中防撞装置整体插销连接示意图；
[0022]图6为本专利技术中工况一系统能量转化曲线；
[0023]图7为本专利技术中工况二系统能量转化曲线；
[0024]图8为本专利技术中桩基础内能曲线；
[0025]图9为本专利技术中工况二系统内能分布曲线；
[0026]图10为本专利技术中有无防撞装置下系统撞击力时程曲线；
[0027]图11为现有技术的海上防撞装置分类图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图及较佳实施例详细说明本技术的具体实施方式。参照图 1，一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，本专利技术设计的防撞装置是一种扁平化的圆柱体，外观上看上去形似“甜甜圈”，如图1所示。本防撞装置分为外层1、中层2、内层3，每一层又切分为24个小部分，每部分15
°
，每一层都由芯材聚氨酯泡沫和外部包裹的GFRP面板组成，且每一层每一个被切分的泡沫之间，还有一层GFRP腹板。
[0029]聚氨酯泡沫沿环向内外分别有两层环向GFRP(Glass Fiber ReinforcedPolymer/玻璃纤维增强复合材料)面板包裹环绕，如图2b图和图2e所示；上下面板又由图2d所示的平面GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer/玻璃纤维增强复合材料)覆盖；另外，每一个泡沫之间还加入了格构GFRP(Glass FiberReinforced Polymer/玻璃纤维增强复合材料)腹板以支持其刚度。中层和内层防撞装置构造相似，整个防撞装置是多层格构腹板
增强聚氨酯泡沫夹芯结构。
[0030]防撞装置几何尺寸如图3所示。中间空心圆代表的是被保护的桩基础，本模型中取桩基础半径为2米，桩基础与防撞装置内壁之间设0.05米的间隔，故图中R2.05表示防撞装置内径为2.05米。内、中、外每一层防撞装置的厚度均为1.1米，故三层从内至外的半径分别为3.15米、4.25米和5.35米。而整个防撞装置的高度为3米。
[0031]此外，本专利技术涉及到的防撞装置，考虑到后期便捷高效的工厂化加工，提供出一种加工方法供选择参考。可将本结构每一层按90
°
环向划分，划分为4 个基本加工单元，如图4所示，再按照每一部分分为6小部分泡沫进行切分。每一层的4个部分之间用图4的方法连接，该图显示的是每一部分之间用一对凹凸连接插销4结构，用一对高强度聚乙烯螺栓连接在一起
[30]。而径向外、中、内每四分之一部分之间，再用径向插销5连接，如图5所示。
[0032]利用有限元软件AB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，其特征在于：包括外层、中层和内层，每一层都由芯材聚氨酯泡沫和外部包裹的GFRP面板组成。2.根据权利要求1所述的吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，其特征在于，每一层的圆周被切分为24个部分，每部分15
°
，且每一层每一个被切分的泡沫之间，还有一层GFRP腹板。3.根据权利要求2所述的吸能抗力的多层海上复合材料防撞装置，其特征在于，每一层按90
°
环向划分...

【专利技术属性】
技术研发人员：高硕颀，黄坤，方盛宇，党国毅，陈妍坤，刘文昕，孟庆霖，郑玥，刘浩，冯鑫，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：