一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置

1.一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：包括单元体、橡胶圈，所述单元体包括防撞单元Ⅰ、防撞单元Ⅱ，防撞单元Ⅰ包括防撞壳体Ⅰ，防撞壳体Ⅰ里设置密集孔隙结构A和密集孔隙结构B，密集孔隙结构A为纵向分布的孔隙，密集孔隙结构B为横向分布的孔隙，密集孔隙结构A位于密集孔隙结构B的内侧，防撞壳体Ⅰ内侧为齿状结构，防撞壳体Ⅰ外侧为弧线形，防撞单元Ⅱ包括防撞壳体Ⅱ，防撞壳体Ⅱ的中间部分设置空心结构，空心结构里填充沙土、橡胶粒或泡沫，空心结构上端设置孔隙板，孔隙板上方与防撞壳体Ⅱ之间预留空间，防撞单元Ⅱ外侧设置与防撞单元Ⅰ的齿状结构相配合的凹槽结构，防撞单元Ⅰ和防撞单元Ⅱ通过阻尼器和连接杆相连成一体，在防撞单元Ⅰ和防撞单元Ⅱ外部包裹有蒙皮，单元体与单元体通过尼龙棒或FRP销钉相连并围绕被保护单元组成环形结构，环形结构与被保护单元之间通过橡胶圈相连。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：所述蒙皮为三层结构，内外两层为FRP薄板，中间为防水材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：密集孔隙结构A和密集孔隙结构B的孔隙形状为圆形、三角形或六边形。
4.根据权利要求1或2所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：齿状结构和凹槽结构为互相对应的圆锥形或棱锥形。
5.根据权利要求3所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：齿状结构和凹槽结构为互相对应的圆锥形或棱锥形。
6.根据权利要求1或2所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：位于被保护单元正面部分的单元体的厚度大于被保护单元侧面部分的单元体的厚度；所述的阻尼器的一部分与水平方向夹角为45°。
7.根据权利要求3所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：位于被保护单元正面部分的单元体的厚度大于被保护单元侧面部分的单元体的厚度；所述的阻尼器的一部分与水平方向夹角为45°。
8.根据权利要求4所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：位于被保护单元正面部分的单元体的厚度大于被保护单元侧面部分的单元体的厚度；所述的阻尼器的一部分与水平方向夹角为45°。
9.根据权利要求5所述的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：位于被保护单元正面部分的单元体的厚度大于被保护单元侧面部分的单元体的厚度；所述的阻尼器的一部分与水平方向夹角为45°。

一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置
技术领域
[0001] 本发明涉及的是一种防护装置，具体地说是用于跨海、跨江大桥桥墩、海洋平台、海上风电站基础、浮式平台等结构的防护装置。
背景技术
[0002] 近几年来，航运业发展迅速，航行船舶的数量、吨位、航速增长很快，航道日益拥挤，船舶与桥梁桥墩发生碰撞的事故愈发频繁。一旦发生其后果往往是灾难性的，可能造成人员的伤亡，通航船舶的沉没，桥梁结构的损坏。近五年我国就发生二十余起船舶碰撞桥梁事件，造成重大的人员伤亡和财产损失。同时，在不可预知的恶劣海洋环境中，船舶与远海、深海的海洋平台、海洋结构物的碰撞事故也会时有发生，往往导致船毁人亡，甚至造成平台、结构物倒塌和环境污染等。因此，无论是从安全性、经济性、还是从环境保护角度来看，开发高效、经济实用的防撞装置对提高船舶和桥梁、海上建筑的耐撞性和安全性具有重要现实意义和工程应用价值。
[0003] 设置防撞设施可有效减少船舶撞击力，可以阻止船舶撞击力传到基础结构，或者通过缓冲消能延长碰撞接触时间。目前，国内桥梁领域多采用钢浮箱、钢套箱或护弦方式来防护桥墩，其防撞主体所采用的材料基本为单一的高强度钢材。钢质防撞装置除了成本高、质量难以保证之外，还有一个突出的问题就是在海洋环境中容易腐蚀，影响防撞性能，甚至导致防撞装置失效。为了解决腐蚀问题，也有研究人员提出一些采用新型材料的防撞装置，如采用高分子材料板、复合材料等，但存在装置形式单一、吸能效果有限、无法有效保护结构等问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供具有多重吸能效果，能有效延长船舶碰撞时间且减少碰撞作用力的一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置。
[0005] 本发明的目的是这样实现的：
[0006] 本发明一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，其特征是：包括单元体、橡胶圈，所述单元体包括防撞单元Ⅰ、防撞单元Ⅱ，防撞单元Ⅰ包括防撞壳体Ⅰ，防撞壳体Ⅰ里设置密集孔隙结构A和密集孔隙结构B，密集孔隙结构A为纵向分布的孔隙，密集孔隙结构B为横向分布的孔隙，密集孔隙结构A位于密集孔隙结构B的内侧，防撞壳体Ⅰ内侧为齿状结构，防撞壳体Ⅰ外侧为弧线形，防撞单元Ⅱ包括防撞壳体Ⅱ，防撞壳体Ⅱ的中间部分设置空心结构，空心结构里填充沙土、橡胶粒或泡沫，空心结构上端设置孔隙板，孔隙板上方与防撞壳体Ⅱ之间预留空间，防撞单元Ⅱ外侧设置与防撞单元Ⅰ的齿状结构相配合的凹槽结构，防撞单元Ⅰ和防撞单元Ⅱ通过阻尼器和连接杆相连成一体，在防撞单元Ⅰ和防撞单元Ⅱ外部包裹有蒙皮，单元体与单元体通过尼龙棒或FRP销钉相连并围绕被保护单元组成环形结构，环形结构与被保护单元之间通过橡胶圈相连。
[0007] 本发明还可以包括：
[0008] 1、所述蒙皮为三层结构，内外两层为FRP薄板，中间位防水材料。
[0009] 2、密集孔隙结构A和密集孔隙结构B的孔隙性状为圆形、三角形或六边形。
[0010] 3、齿状结构和凹槽结构为互相对应的圆锥形或棱锥形。
[0011] 4、位于被保护单元正面部分的单元体的厚度大于被保护单元侧面部分的单元体的厚度；所述的阻尼器的一部分与水平方向夹角为45°。
[0012] 本发明的优势在于：
[0013] 1、本发明防撞装置具有五重吸能效果：
[0014] (1)防撞单元I前端的横向密集孔隙，该种结构具有良好的吸能效果；
[0015] (2)防撞单元I前端的纵向密集孔隙，不仅能提供刚度，节约材料，船舶撞击时通过较大的弹塑性变形来吸收部分碰撞能量；
[0016] (3)防撞单元I与防撞单元II中间设置的多组阻尼器，可消耗大量的碰撞能量。并且齿状结构上的部分阻尼器与水平方向有45°的夹角，可以将船舶撞击造成的水平力分担到其他方向；
[0017] (4)防撞单元II中部设置的空心结构，内部填充沙土、橡胶粒、泡沫或其他一些吸能材料，且结合孔隙板和预留空间，有效延长船舶碰撞时间；
[0018] (5)单元体与被保护单元之间设置橡胶圈或钢丝圈等柔性缓冲装置，用以缓冲保护被保护单元；
[0019] 本发明通过以上五重吸能措施来保护被保护单元，克服了传统防撞装置吸能效果有限的缺点。
[0020] 2、本发明主要采用FRP材料，较传统钢材或橡胶材料具有耐腐蚀、抗老化的特点。
[0021] 3、本发明由若干个模块化单元构成，每个单元可以在工厂预制构件，便于现场直接组装，施工方便快捷，且易更换。
[0022] 4、本发明质量轻，漂浮于水面，可随水位变化上下浮动，始终保护被保护单元。
附图说明
[0023] 图1为本发明的主视图；
[0024] 图2为被保护单元为圆柱形式的俯视图；
[0025] 图3为被保护单元为方柱形式的俯视图；
[0026] 图4为蒙皮剖面图；
[0027] 图5为防撞单元I示意图；
[0028] 图6为防撞单元II示意图；
[0029] 图7为本发明的单元体俯视图；
[0030] 图8为防撞单元I右视图；
[0031] 图9为防撞单元II左视图；
[0032] 图10为密集孔隙结构A的圆孔示意图；
[0033] 图11为密集孔隙结构A的六边形孔示意图；
[0034] 图12为密集孔隙结构A的三角形孔示意图。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
[0036] 结合图1～12，本发明一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，包括蒙皮1、防撞单元I2、防撞单元II3、阻尼器4、连接杆5、橡胶圈6。其中防撞单元I2与防撞单元II3通过阻尼器4和连接杆5连接，并通过蒙皮1包裹成一体，再通过橡胶圈6与被保护单元18连接。
[0037] 蒙皮1主要材料由FRP构成，分为三层，内外两层是FRP薄板12，中间层是防水材料
13。
[0038] 防撞单元I2中间部分由密集孔隙结构A7和密集孔隙结构B8两部分构成，其中密集孔隙结构A7为纵向，密集孔隙结构B8为横向，密集孔隙结构A7和密集孔隙结构B8的孔隙形状可以是圆形、三角形或六边形等。
[0039] 防撞单元I2内侧布置有阻尼器4和连接杆5与防撞单元II3连接。
[0040] 防撞单元I2其外侧表面成弧线形17，符合船舶撞击时接触表面的形状。
[0041] 防撞单元I2内侧具有突出的齿状结构14，突出的齿状结构14可以为圆锥形或棱锥形；突出的齿状结构14上布置有阻尼器4，与防撞单元II3的凹槽结构15上的阻尼器4对应连接。
[0042] 防撞单元II3中间部分为空心结构9，内部填充沙土、橡胶粒、泡沫或其他一些吸能材料；该空心结构上端具有一块孔隙板10，并且孔隙板10上端有预留空间11。
[0043] 防撞单元II3外侧具有凹槽结构15，该凹槽结构15与突出的齿状结构14相对应，形状为相对应的圆锥或棱锥形，并通过阻尼器4与突出的齿状结构14相连接。
[0044] 齿状结构14安装阻尼器4，其中部分阻尼器4与水平方向有45°的夹角，可以将船舶撞击造成的水平力分担到其他方向。
[0045] 用蒙皮1将连接好的防撞单元I2和防撞单元II3包裹成一体，构成一个完整密闭的单元体16，并由若干个这样的单元体16绕着被保护单元18环形组装一周，并且正面部分的单元体16厚度要大于侧面部分的单元体16。
[0046] 单元体16，可以通过尼龙棒或FRP销钉等连接。
[0047] 本发明一种漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置，包括蒙皮、防撞单元I、防撞单元II、阻尼器、连接杆、橡胶圈。其中防撞单元I与防撞单元II通过阻尼器和连接杆连接，并通过蒙皮包裹成一体，再通过橡胶圈与被保护单元连接。所述蒙皮由三层构成，内外两层为FRP薄板，中间夹层为防水材料。所述防撞单元I外侧弧线形表面，符合船舶撞击时接触表面的形状；中间部分由密集孔隙结构A和密集孔隙结构B两部分构成，其中密集孔隙结构A为纵向，密集孔隙结构B为横向，船舶撞击时，横纵向设置的密集孔隙结构通过自身的弹塑性变形来吸收部分碰撞能力。密集孔隙结构A和密集孔隙结构B的孔隙形状可以是圆形、三角形或六边形等；内侧布置有有阻尼器和连接杆与防撞单元II连接，内侧具有突出的齿状结构，突出的齿状结构可以为圆锥形或棱锥形，突出的齿状结构上布置有阻尼器，与防撞单元II的凹槽结构上的阻尼器对应连接。所述防撞单元II外侧具有凹槽结构，该凹槽结构与突出的齿状结构相对应，形状为相对应的圆锥或棱锥形，并通过阻尼器与突出的齿状结构上的阻尼器对应连接；其中间部分为空心结构，内部填充沙土、橡胶粒或其他一些吸能材料；该空心结构上端具有一块孔隙板，并且孔隙板上端有预留空间，当船舶撞击时，空心结构内填充的吸能材料发生变形，当变形过大时，这些材料可以顺着上端孔隙挤出，从而降低对空心结构侧壁的压力。所述的齿状结构上安装的阻尼器，其中部分阻尼器与水平方向为45°夹角，可以将船舶撞击水平力分担到其他方向。所述的防撞单元I与防撞单元II连接完毕后，用蒙皮将他们密封包裹起来，用来与外部水和空气隔绝，形成几个密闭的单元体。因结构采用FRP材料轻质高强，且中间部分有中空结构，密度小于水，漂浮于水面上，能够随着水位的变化而变化，始终保护被保护单元。将若干个这样的单元体用尼龙棒或FRP销钉连接，并绕着被保护单元环绕一周，并且各个单元体与被保护单元之间设置橡胶圈或钢丝圈等柔性缓冲装置，用以缓冲保护被保护单元。使用蒙皮将橡胶圈或钢丝圈包裹起来，使之与海水和空气隔绝，免于被腐蚀破坏。
[0048] 本发明其安装顺序如下：
[0049] 1、按照图示漂浮式FRP齿状缓冲吸能防撞装置预制各部件。其中密集孔隙结构可根制作成圆孔形式、六边形孔形式或三角形孔形式的密集孔隙结构见图10-图12，根据被保护单元形状的不同，单元体所拼装的形式不同，如果被保护单元为圆柱形，单元体预制拼接完成内部为圆形见图2；
[0050] 2、将预制好的密集孔隙结构A和密集孔隙结构B插入防撞单元I中；
[0051] 3、向防撞单元II的空心结构中填充沙土、橡胶粒或其他一些吸能材料；
[0052] 4、安装阻尼器和连接杆，并且利用阻尼器和连接杆将防撞单元I和防撞单元II连接起来；
[0053] 5、用蒙皮将连接好的防撞单元I和防撞单元II包裹起来，形成单元体；
[0054] 6、将预制好的各个单元体运输到施工地点，用尼龙棒或FRP销钉等连接，绕圆柱环绕一周；
[0055] 7、橡胶圈或钢丝圈外层包裹一层蒙皮；
[0056] 8、用橡胶圈或钢丝圈将单元体和被保护单元连接起来。