一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置的製作方法

2023-04-29 21:08:36

專利名稱：一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及船舶在水面航行時防止其與水上設施或人工建築發生碰撞技術的創造，具體為涉及一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，屬於大型建築防災減災與通航安全保障領域。
技術背景
水運運輸具有運量大、投資少、成本低等突出優點，目前正處於飛速發展時期。近年來，船舶因失控或操作失誤撞擊水上設施和跨江建築的事件時有發生。據統計，僅2007 年I月至2010年I月三年間，全國發生的大小船撞事故共計兩百餘起。為了保障船舶通航安全與大型建築運行安全，需對水上設施和跨江建築進行防船撞保護。
拱型橋梁作為西部跨江河流的主要橋型，是需進行防船撞保護的典型跨江建築。 以拱橋為例水利樞紐修建後，拱橋的橋區通航環境發生較大變化，高水位蓄水期間，拱橋的拱座、拱圈及支墩部分淹沒在水中，一旦操作失誤或船舶失控，船舶極有可能撞擊拱橋， 造成橋毀人亡的嚴重後果。由於拱橋結構本身防撞能力較弱，必須獨立於拱橋結構本身設立防撞設施，通過設立防撞設施對拱座、拱圈及支墩實現區域性防護。
國內外目前採用的防撞系統主要有三大類附著式防撞系統、獨立式防撞系統、人工島防撞系統。以上三類系統對於一般建築的保護是可行的，但無法解決大水位變幅下防撞結構的區域性防撞難題。
中國發明專利CN101748707A公布了一種水上升降式防撞裝置，它主要由兩導向基樁、兩浮套和一弧形防撞浮帶構成，兩個浮套分別活動地套在對應的導向基樁上，弧形防撞浮帶的兩端分別與兩浮套連接。該專利解決了大水位變幅下防撞結構的區域性防撞難題，但由於浮套套在對應的導向基樁上隨水位升降，大水位變幅下，導向基樁裸露高度較高，屬於細長杆件，故抗衝擊性較差，容易失穩，且嵌入基巖較深。同時該結構容易纏繞漂浮物，導向可靠性較差。上述專利中的弧形防撞浮帶採用鋼管混凝土結構，在撞擊部位，底部浮箱受損嚴重，容易導致兩個節段破損進水，從而影響到整個防撞設施的運行穩定性。同時鋼管應力小區域會超出塑性變形，且內外管間的混凝土應力容易超標，除撞擊部位外，其他部位也有大區域的混凝土應力超標可能，以上原因都會導致其防撞能力減弱。從施工方面看，水上灌注混凝土不僅工藝難，而且周期長，混凝土灌注中容易脫空，施工難度大。從維修角度看，船舶撞擊後，由於混凝土結構的抗拉性能弱，易造成大面積碎裂，無法起到承力作用，更換困難，且無法維護，即維護難度大。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種施工難度較小、成本相對較低的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置。本防撞裝置對水流和航道影響小，具有承受巨大碰撞力的能力，既能夠防止船舶撞擊水上設施或人工建築，又能夠最大限度地確保船舶撞擊後的安全性，實現雙重保護的目標。
本發明的技術方案是這樣實現的一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，它包括兩個導向井，每個導向井的井室中設有隨水位自動升降的浮筒，導向井上開有使井室與外部相貫通的豎直導向槽口，弧形防撞帶的兩端分別穿過兩導向井上的豎直導向槽口與對應的浮筒連接形成水上防撞保護區。
本水上升降式防撞裝置由防撞帶、浮筒與導向井三部分組成。防撞帶為弧形布置型式，其主要功能一是承擔、吸收和傳遞船舶碰撞力，預防船舶進入橋梁保護區；二是可使船舶碰撞防撞帶時適當撥開船頭，使船舶改變航行方向，減輕船舶受損程度；三是保持水上浮態，適應橋區水位變化。浮筒固定於防撞帶端部，置於導向井內，可隨水位沿導向井豎向槽口自適應水位上下升降。導向井勘建在大橋兩岸的邊坡上，導向井通過對浮筒的約束與定位，實現對防撞帶的平面定位與豎嚮導向，並承擔和傳導防撞帶經由浮筒傳遞至導向井的作用力。
所述防撞帶由若干節獨立密閉浮體首尾相連而構成，密閉浮體包括外層管材和內層管材，外層管材和內層管材兩端各通過同一塊密封板密封，密封板上設置有通至內層管材的檢修用水密門；外層管材和內層管材之間設有環形橫隔板，相鄰兩環形橫隔板之間沿管材軸向等角度設有若干縱向隔板；在外層管材上端設有可進入外層管材和內層管材之間腔室的檢修門，所有環形橫隔板和所有縱向隔板上設有檢修用的人孔。本發明防撞帶由若干節獨立密閉浮體構成，這樣即使某節出現滲水現象，也不影響防撞帶整體浮於水面。在相鄰兩環形橫隔板之間設有環形加強筋，環形加強筋至少設於外層管材內壁上或者內層管材外壁上；在相鄰兩縱向隔板之間設有縱向加強筋，縱向加強筋至少設於外層管材內壁上或者內層管材外壁上。環形加強筋和縱向加強筋可以進一步增加防撞帶的剛度和強度。防撞帶內部設置配重結構以使防撞浮處於需要的浮態(即水上水下各是多少高度，浮態應根據實際需要靈活調整)。實施例中放置素混凝土塊配重(也可以是水配重)以使防撞帶浮於水中時水上水下各為一半高度。
所述浮筒在防撞帶兩端部各布置一個，由兩端密閉的管材構成，浮筒內設有若干縱隔板和橫隔板，縱隔板呈「井」字布置；所述浮筒內設有若干縱向和橫向加強筋。該結構可以保證浮筒的剛度和強度。
所述浮筒外壁沿圓周方向等角度設置有若干豎向的拱形橡膠護舷；在浮筒頂面沿圓周設置若干導向裝置，導向裝置分為下遊一側導向裝置、上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置三種。下遊一側導向裝置包括支架和與支架前端固定的低阻力滑塊(如四氟塊)， 低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行；上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置包括橫向伸出的導向杆，導向杆前端固定有低阻力滑塊(如四氟塊)，低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行，導向杆上設置有緩衝彈簧以減緩浮筒與導向井的衝撞力。
所述導向井為鋼筋混凝土結構，導向井內壁正對浮筒上導向裝置處襯有不鏽鋼複合板或不鏽鋼板，或直接對混凝土表面進行密實平滑處理，以使浮筒在導向井內運行更順暢。
為了防止漂浮物進入導向井影響浮筒正常運行，在防撞帶兩端部設有攔汙柵，攔汙柵位於導向井外並將導向槽口罩住，攔汙柵底部及兩側設置配重浮箱，保證攔汙柵本身的自浮性。
為了保證防撞帶與浮筒的連接強度，採用伸入式連接方式，即將防撞帶兩端伸入到浮筒中，與浮筒內部的對接板進行焊接，同時在防撞帶與浮筒相貫區域也進行焊接。
本發明主要用於橋梁的保護，特別是針對拱橋的防護，因為拱橋的航行區域會隨水位升高而變窄，更容易出現船舶碰撞事故。對於拱橋防護而言，拱圈兩端各安裝一套本裝置，每套裝置的兩個導向井分別安裝在對應拱圈端的橋墩上下遊兩側的山體上，且導向井與防撞帶尺寸因視防撞等級，即防撞船舶噸位而定，防撞帶安裝在船舶通過側以將所在側的拱圈與船舶隔離開來，拱圈兩端的防撞帶與橋軸線大致對稱布置。
防撞帶與浮筒組成的自浮式結構能夠隨水位自動升降，浮筒置於導向井內，對防撞帶起到平面約束和豎嚮導向的作用。
相比現有技術，本發明具有如下有益效果I、本防撞裝置具有承受巨大碰撞力的能力，防撞帶既能夠防止船舶撞擊水上設施或人工建築，即使船舶發生碰撞，由於防撞帶和浮筒的設計具有緩衝作用，也能夠最大限度地防止船舶因撞擊而破損，可大大提高船舶航行的安全性。
2、本防撞裝置中的浮筒和防撞帶浮於水中，能夠隨水位升降而升降，適應大水位變幅，對水流和航道影響小。
3、本防撞設施獨立於橋梁設置，不依託橋梁本身，對橋梁的設計結構沒有影響。


圖I-本發明整體結構俯視圖。
圖2-本發明導向井及防撞帶沿軸線剖面展開圖。
圖3-本發明在拱橋上的安裝示意圖。
圖4-本發明構成防撞帶的浮體斷面圖。
圖5-圖I的N部局部放大圖(防撞帶、導向井和浮筒三者結構關係俯視圖)。
圖6-本發明上遊側導向裝置和靠岸側導向裝置結構圖。
圖7-本發明下遊側導向裝置結構圖。
圖8-本發明導向井和浮筒結構關係圖。
圖9-本發明左右兩岸使用本裝置的俯視圖。
具體實施方式
參見圖I和圖2，本發明水上升降式防撞裝置，它包括兩個導向井1，每個導向井I 的井室中設有隨水位可自動升降的浮筒2。在防撞高程範圍內，在導向井I上設置有使井室與外部相貫通的豎直導向槽口 3，用於形成水上防撞保護區的防撞帶4的兩端分別穿過兩導向井上的豎直導向槽口與對應的浮筒2連接。為了方便檢修，在防撞帶頂部設置Im寬的檢修道，檢修道兩側設置I. 05m高護欄。
本發明主要用於橋梁的保護，特別是對拱橋的保護，因為拱橋的航行區域會隨水位升高而變窄，更容易出現船舶碰撞事故。對於拱橋保護而言，拱圈兩端各安裝一套本裝置，每套裝置的兩個導向井分別安裝在對應拱圈端的橋墩上下遊兩側的山體上，且導向井與防撞帶尺寸因視防撞等級，即防撞船舶噸位而定，防撞帶安裝在船舶通過側以將所在側的拱圈與船舶隔離開來，拱圈兩端的防撞帶與橋軸線大致對稱布置，見圖3和圖9。防撞帶與浮筒組成的自浮式結構能夠隨水位自動升降，浮筒置於導向井內，對防撞帶起到平面約束和豎嚮導向的作用。防撞帶形成水上防撞保護區；圖中位置A為低水位時防撞帶與浮筒所在位置，位置B為高水位時防撞帶與浮筒所在位置。
相比背景技術中的中國發明專利CN101748707A，本發明浮筒位於導向井內，導向井依託地勢嵌入基巖內，可與基巖形成一個受力整體，受到基巖嵌固作用，易於將碰撞力傳遞至基巖，防撞能力強，可適應大水位差變幅下的船撞力作用；而且本結構抗彎和抗剪能力強，不容易受漂浮物影響，導向可靠性更好。
參見圖4，所述防撞帶由若干節獨立密閉浮體首尾相連而構成，每一節密閉浮體由外層管材5和內層管材6構成。外層管材和內層管材兩端各通過同一塊密封板密封,密封板上設置有通至內層管材的檢修用水密門可防止水滲入。外層管材5和內層管材6之間間隔設有環形橫隔板7，相鄰兩環形橫隔板7之間沿管材軸向等角度設有若干縱向隔板8。在外層管材5上端設有可進入外層管材和內層管材之間腔室的檢修門9，在內層管材6上端也設有可進入內層管材的檢修門9，所有環形橫隔板7和所有縱向隔板8上設有檢修用的人孔10。本發明防撞帶由若干節獨立密閉浮體構成，這樣即使某節出現滲水現象，也不影響防撞帶整體浮於水面。檢修門設置在檢修道上，通過檢修道可以到達檢修門，再通過檢修門可進入外層管材和內層管材中，最後通過人孔可以進入浮體各個隔艙。施工單位可根據具體情況增減人孔，原則是設置最少的人孔能進入各個隔艙內。
在相鄰兩環形橫隔板之間設有環形加強筋，環形加強筋至少設於外層管材內壁上或者內層管材外壁上；在相鄰兩縱向隔板8之間設有縱向加強筋11，縱向加強筋至少設於外層管材內壁上或者內層管材外壁上。環形加強筋和縱向加強筋可以進一步增加防撞帶的剛度和強度。
防撞帶內部設置配重結構以使防撞帶處於需要的浮態(即水上水下各是多少高度，浮態應根據實際需要靈活調整)。實施例中在內層管材底部放置C15素混凝土塊12配重(也可以是水配重)以使防撞帶浮於水中時水上水下各為一半高度。
防撞帶內層管材採用Q390C高強度結構鋼，其餘均採用Q345C高強度結構鋼。
本發明防撞帶採用雙層管材(如鋼管)結構，可以在水上搭建平臺直接焊接拼裝而成，工藝相對簡單，施工周期短；而且船舶撞擊後，鋼結構易於維修、更換。同時防撞帶撞擊後的最大位移量達到3. 5m,防撞能力和緩衝能力更強。
所述浮筒2由兩端密閉的管材構成，浮筒內設有若干縱隔板和若干橫隔板，縱隔板呈「井」字布置；所述浮筒內設有若干縱向加強筋和若干橫向加強筋。該結構可以保證浮筒的剛度和強度。
參見圖5和圖8，所述浮筒2外壁沿圓周方向等角度設置有若干豎向的拱形橡膠護舷13。在浮筒2頂面沿圓周設置若干導向裝置14，導向裝置14分為下遊一側導向裝置、上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置三種。實施例中導向裝置為六個，其中下遊一側導向裝置三個，上遊一側導向裝置兩個，靠岸一側導向裝置一個。下遊一側導向裝置包括支架和與支架前端固定的低阻力滑塊(如聚四氟乙烯板)，見圖7，低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行。上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置包括橫向伸出的導向杆15，導向杆15前端固定有低阻力滑塊16 (如聚四氟乙烯板)，低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行，導向杆 15上設置有緩衝彈簧17以減緩浮筒與導向井的衝撞力，見圖6。
本發明導向裝置主要起日常運行過程中對浮筒進行定位、約束與導向的作用，能夠有效約束浮筒在導向井內的位置，避免浮筒在導向井內大範圍晃動，保證浮筒運行的平穩性。正常水流作用下，僅下遊一側導向裝置與導向井接觸，下遊一側導向裝置接觸力與水流作用力平衡；當水流流速較小情況下(如水位升高時)，在船行波作用下，上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置可能與導向井接觸受力，對浮筒進行約束定位，緩衝彈簧起減緩浮筒與導向井衝撞力作用。當船舶撞擊防撞帶時，船舶撞擊力傳遞至浮筒，若浮筒處的支反力大於導向裝置的潰退設計閾值，導向裝置將自動潰退，改由浮筒外壁的護舷與導向井接觸， 浮筒外壁護舷能夠較好緩衝船舶撞擊力，有效保護浮筒與導向井結構安全。
導向裝置位於浮筒頂部，易耗的低阻力滑塊位於導向裝置首部，位於水位線以上， 便於更換與維修。
浮筒設計水上高度3m、水下高度3. 5m,浮筒底部放置C15素混凝土塊配重。
所述導向井為鋼筋混凝土結構，導向井內壁正對浮筒上導向裝置處襯有不鏽鋼複合板或不鏽鋼板，或直接對混凝土表面進行密實平滑處理，以使浮筒在導向井內運行更順暢。不鏽鋼複合板碳鋼選用Q235A結構鋼，厚度20mm，不鏽鋼選用lCrl8Ni9Ti不鏽鋼板，鋼板厚度3mm。
為了防止漂浮物進入導向井影響浮筒正常運行，在防撞帶4兩端設有攔汙柵18， 攔汙柵18位於導向井I外並將導向槽口 3罩住，攔汙柵底部及兩側設置配重浮箱，保證攔汙柵本身的自浮性。
為了保證連接強度，在浮筒與防撞帶的連接處，設置有增強浮筒與防撞帶連接強度的筋板。
若發生浮筒運行不暢的情況，應按照以下應急流程進行處理清除浮筒與導向井之間的漂浮物一利用電動葫蘆起重機拆除浮筒頂部導向裝置一利用電動葫蘆拆除浮筒外側護舷一起吊浮筒。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。比如，構成密閉浮體的內外層管材和構成浮筒的管材可以為鋼質(即鋼管)，也可為複合材料或其他新型材料，只要滿足施工要求(如便於施工並能保證強度)均可。
權利要求
1.一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於它包括兩個導向井， 每個導向井的井室中設有隨水位自動升降的浮筒，導向井開有使井室與外部相貫通的豎直導向槽口，弧形防撞帶的兩端分別穿過兩導向井的豎直導向槽口與對應的浮筒連接後形成水上防撞保護區。
2.根據權利要求I所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於所述防撞帶由若干節獨立密閉浮體首尾相連而構成，密閉浮體包括外層管材、內層管材及內外層管材之間的縱、橫向隔板及加筋肋板，外層管材和內層管材兩端均通過密封板密封。
3.根據權利要求I所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於所述防撞帶整體線型由若干弧形節段拼接而成或由若干直節段以直代曲拼接而成。
4.根據權利要求2所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於防撞帶內部設置配重結構以使防撞帶處於需要的浮態。
5.根據權利要求I所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於所述浮筒由兩端密閉的管材構成，浮筒內設有若干縱隔板和若干橫隔板；所述浮筒內設有若干縱向加強筋和若干橫向加強筋。
6.根據權利要求5所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於所述浮筒外壁沿圓周方向等角度豎向布置若干橡膠護舷；在浮筒頂面沿圓周布置若干導向裝置，導向裝置分為下遊一側導向裝置、上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置三種，下遊一側導向裝置包括支架和與支架前端固定的低阻力滑塊，低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行；上遊一側導向裝置和靠岸一側導向裝置包括橫向伸出的導向杆，導向杆前端固定有低阻力滑塊，低阻力滑塊與導向井內壁接觸滑動運行，導向杆上設置有緩衝彈簧以減緩浮筒與導向井的衝撞力。
7.根據權利要求6所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於所述導向井為鋼筋混凝土結構，導向井內壁正對浮筒上導向裝置處襯有不鏽鋼複合板或不鏽鋼板，或直接對混凝土表面進行平滑處理。
8.根據權利要求I所述的水適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於 兩個導向井的一側豎直導向槽口外的防撞帶上設置有攔汙柵，攔汙柵和導向井間留有較小間隙，並將整個導向槽口罩住，攔汙柵底部及兩側設置配重浮箱，保證攔汙柵本身的自浮性。
9.根據權利要求8所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於在浮筒與防撞帶的連接處，設置有增強浮筒與防撞帶連接強度的筋板。
10.根據權利要求9所述的適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，其特徵在於在防撞帶頂部設置有檢修道，檢修道兩側設置有護欄。
全文摘要
本發明公開了一種適應大水位變幅的獨立式區域性防撞裝置，它包括兩個導向井，每個導向井的井室中設有隨水位自動升降的浮筒，導向井上開有使井室與外部相貫通的豎直導向槽口，弧形防撞帶的兩端分別穿過兩導向井上的豎直導向槽口與對應的浮筒連接形成水上防撞保護區。本發明施工難度較小、成本相對較低，對水流和航道影響小，具有承受巨大碰撞力的能力，既能夠防止船舶撞擊水上設施或人工建築，又能夠最大限度地確保船舶撞擊後的安全性，實現雙重保護的目標。
文檔編號E01D19/00GK102926355SQ201210474849
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者餘葵, 吳俊 , 李曉飈, 胥潤生, 劉洋, 馬希欽 申請人:重慶交通大學西南水運工程科學研究所