一种分级防船撞装置及设计方法制造方法及图纸

本申请公开了一种分级防船撞装置及设计方法，涉及桥梁结构防护技术领域，包括：能够自浮的钢浮箱，活动套设于桥墩；若干能够充放气的气囊，分成两组，分别附着设置于钢浮箱的两个迎撞面；每个气囊的顶部具有处于常闭状态的安全阀；所述安全阀在在气囊承载力达到极限承载力时开启；两块外护板，分别设置于两组气囊的迎撞侧。本申请还公开了一种上述分级防船撞装置的设计方法，气囊完全吸收小典型吨位船的碰撞能量、气囊和钢浮箱1共同吸收大典型吨位船的碰撞能量。本申请的分级防船撞装置及设计方法，吸能能力强，又能避免防船撞装置逢撞必毁。毁。毁。

【技术实现步骤摘要】
一种分级防船撞装置及设计方法


[0001]本申请涉及桥梁结构防护
，具体涉及一种分级防船撞装置及设计方法。

技术介绍

[0002]目前，根据交通运输部发布的统计数据显示，全国有各类跨越等级航道桥梁约1.7万余座，其中，高等级航道桥梁2500余座。航运业的高速发展使得船舶数量、吨位及航速均有很大提高，相应提高的还有船桥碰撞事故。船舶撞击桥梁不仅会造成桥墩或船体结构损坏、环境污染、货物泄露和人员伤亡等后果，而且还会给社会经济的发展带来无法弥补的损失。为保障桥梁结构安全，减少船撞事故给船舶造成的损伤，本领域技术人员研发了多种防船撞装置。
[0003]相关技术中，航道内小吨位船舶占比大，发生碰撞事故概率高，小吨位船只船撞事故占比超过80％，传统防船撞装置通过弹塑性变形削能削力。市场上常见的防船撞设施多为弹塑性耗能型式，如专利CN214061511U公开的钢
‑
UHPC组合式防撞浮箱，采用三层钢箱，形成包围桥墩的环形结构，且第一钢箱和第二钢箱之间填充UHPC。
[0004]但是，钢
‑
UHPC组合式防撞浮箱刚度大，但吸能能力差，容易损坏撞击的船体结构；而其余刚度小的防撞措施，基本上逢撞必毁，每次发生船撞事故后防撞装置均需整体更换，成本高昂，后期维护不方便。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种分级防船撞装置及设计方法，吸能能力强，又能避免防船撞装置逢撞必毁。
[0006]为达到以上目的，采取的技术方案是：一种分级防船撞装置包括：
[0007]能够自浮的钢浮箱，活动套设于桥墩；
[0008]若干能够充放气的气囊，分成两组，分别附着设置于钢浮箱的两个迎撞面；每个气囊的顶部具有处于常闭状态的安全阀；所述安全阀在气囊承载力达到极限承载力时开启；
[0009]两块外护板，分别设置于两组气囊的迎撞侧。
[0010]在上述技术方案的基础上，所述钢浮箱的两个迎撞面设置成尖角结构，所述外护板相应设置成尖角折板，每组气囊排布于对应的尖角结构和尖角折板之间。
[0011]在上述技术方案的基础上，所述钢浮箱包含钢箱本体、填充于钢箱本体内的轻质吸能材料、以及纵横交错设置于钢箱本体内的横隔板和竖隔板。
[0012]在上述技术方案的基础上，所述气囊为竖直圆筒状，且气囊的顶部还具有充气嘴；所述钢浮箱侧壁外表面具有朝上的钢箱挂钩，所述气囊外表面套设设置悬挂腰带，所述外护板的内表面具有朝下的钢板挂钩，所述钢板挂钩挂设于悬挂腰带，且悬挂腰带挂设于钢箱挂钩。
[0013]本申请还公开了一种上述分级防船撞装置的设计方法，包含以下步骤：
[0014]S1：根据桥墩所在航道的通航资料，统计通航船舶的质量和通航速度，按照设定规
则确定船舶的小典型吨位和大典型吨位，并分别确定小典型吨位船、大典型吨位船的对应航速；
[0015]S2：设计单个气囊，根据气囊的初始内压和初始直径，获取单个气囊的承载力与挤压厚度的关系曲线；
[0016]S3：根据小典型吨位船的撞击能量完全由单组气囊吸收，确定气囊个数；
[0017]S4：设计钢浮箱，获取钢浮箱的刚度，确定钢浮箱的最大允许变形量。
[0018]S5：根据大典型吨位船的撞击能量完全由气囊和钢浮箱吸收，确定钢浮箱需要吸收的能量，并结合钢浮箱的刚度和钢浮箱需要吸收的能量计算钢浮箱的实际变形量，判断实际变形量是否大于最大允许变形量，若是，返回S4；若否，结束。
[0019]在上述技术方案的基础上，步骤S1中，所述按照设定规则将船舶吨位划分为小吨位、大吨位，并分别确定小吨位船、大吨位船的吨位和航速，包含：
[0020]确认桥墩所在航道级别以及对应最大通航船舶吨位；
[0021]大吨位船的典型吨位取值最大通航船舶吨位；
[0022]若最大通航船舶吨位大于等于3000吨，小吨位船的典型吨位取值为2000吨；若最大通航船舶吨位小于3000吨，小吨位船的典型吨位取值为最大通航船舶吨位的一半；
[0023]所述典型航速取值相应吨位船舶的过桥最大航速。
[0024]在上述技术方案的基础上，步骤S2具体包含：
[0025]S21:根据气囊初始内压P0和气囊初始直径D，计算气囊被撞后在工作厚度H时的工作压力为P
H
：
[0026][0027]S22:将P
H
代入标准公式Q＝P
×
S
×
103(kN)中，其中，Q为气囊承载力，P为气囊内压，S为气囊接触面的侧投影面积；S＝B
×
L(m2)，B为气囊接触面的正投影宽度，L为气囊长度；得到安全阀工作厚度H的气囊承载力Q
H
为：
[0028][0029]根据H＝D
‑
h，转换得到在挤压厚度h的气囊承载力Q
h
为：
[0030][0031]而安全阀开启后的气囊保持恒定承载力，组合得到单个气囊的承载力与挤压厚度的关系曲线。
[0032]在上述技术方案的基础上，步骤S3具体包含：
[0033]S31：小典型吨位船航行时的动能为E
X
：
[0034][0035]其中，m
x
为小典型吨位船的质量，v
x
为小典型吨位船的通航速度；
[0036]S32：根据单个气囊的承载力与挤压厚度的关系曲线计算单个气囊可吸收的能量E
n
为：
[0037][0038]其中，h0为对应安全阀开启时的气囊的挤压厚度阈值，Q0为h＝h0时的气囊承载力；
[0039]则防船撞装置需要的气囊个数n为：
[0040][0041]在上述技术方案的基础上，步骤S4中，拟定钢浮箱各部件尺寸，确定材料并建立模型，开展加载试验，获取钢浮箱的刚度k，确定钢浮箱的最大允许变形量s。
[0042]在上述技术方案的基础上，步骤S5具体包含：
[0043]S51：计算大典型吨位船的撞击时，钢浮箱需要吸收的能量E
g
：
[0044]E
g
＝μE
d
‑
E
x
[0045]其中，μ为大典型吨位船撞击时防撞装置吸收的能量比例，E
d
为大典型吨位船按典型航速航行时的动能，通过大典型吨位船的质量和航速计算得到；
[0046]钢浮箱吸收设定能量产生的变形
y
为：
[0047][0048]若y≤s，则钢浮箱设置合理；
[0049]若y＞s，则需要重新设计钢浮箱。
[0050]本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
[0051]1、本申请的分级防船撞装置，沿桥墩径向从内到外依次为钢浮箱、带安全阀的气囊和外护板，形成两级吸能，外层通过两组气囊吸收碰撞能量，内层通过钢浮箱塑性变形吸收碰撞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分级防船撞装置，其特征在于，包括：能够自浮的钢浮箱(1)，活动套设于桥墩(100)；若干能够充放气的气囊(2)，分成两组，分别附着设置于钢浮箱(1)的两个迎撞面；每个气囊(2)的顶部具有处于常闭状态的安全阀(25)；所述安全阀(25)在气囊承载力达到极限承载力时开启；两块外护板(3)，分别设置于两组气囊(2)的迎撞侧。2.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述钢浮箱(1)的两个迎撞面设置成尖角结构，所述外护板(3)相应设置成尖角折板，每组气囊(2)排布于对应的尖角结构和尖角折板之间。3.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述钢浮箱(1)包含钢箱本体(11)、填充于钢箱本体(11)内的轻质吸能材料(12)、以及纵横交错设置于钢箱本体(11)内的横隔板(13)和竖隔板(14)。4.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述气囊(2)为竖直圆筒状，且气囊(2)的顶部还具有充气嘴(24)；所述钢浮箱(1)侧壁外表面具有朝上的钢箱挂钩(15)，所述气囊(2)外表面套设设置悬挂腰带(26)，所述外护板(3)的内表面具有朝下的钢板挂钩(32)，所述钢板挂钩(32)挂设于悬挂腰带(26)，且悬挂腰带(26)挂设于钢箱挂钩(15)。5.一种权利要求1所述分级防船撞装置的设计方法，其特征在于，包含以下步骤：S1：根据桥墩(100)所在航道的通航资料，统计通航船舶的质量和通航速度，按照设定规则确定船舶的小典型吨位和大典型吨位，并分别确定小典型吨位船、大典型吨位船的对应航速；S2：设计单个气囊(2)，根据气囊(2)的初始内压和初始直径，获取单个气囊(2)的承载力与挤压厚度的关系曲线；S3：根据小典型吨位船的撞击能量完全由单组气囊(2)吸收，确定气囊(2)个数；S4：设计钢浮箱(1)，获取钢浮箱(1)的刚度，确定钢浮箱的最大允许变形量。S5：根据大典型吨位船的撞击能量完全由气囊(2)和钢浮箱(1)吸收，确定钢浮箱(1)需要吸收的能量，并结合钢浮箱(1)的刚度和钢浮箱(1)需要吸收的能量计算钢浮箱(1)的实际变形量，判断实际变形量是否大于最大允许变形量，若是，返回S4；若否，结束。6.如权利要求5所述分级防船撞装置的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述按照设定规则将船舶吨位划分为小吨位、大吨位，并分别确定小吨位船、大吨位船的吨位和航速，包含：确认桥墩(100)所在航道级别以及对应最大通航船舶吨位；大吨位船的典型吨位取值最大通航船舶吨位；若最大通航船舶吨位大于等于3000吨，小吨位船的典型吨位取值为2000吨；若最大通航船舶吨位小于300...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆国强，马长飞，曹冠军，钟继卫，王波，汪正兴，柴小鹏，肖龙，贾晓龙，董飞，吴肖波，李亚敏，戴青年，冯欢，董京礼，王鼎鑫，黄启文，
申请(专利权)人：中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：