[发明专利]一种基于砂土液化阻尼的预制部件装配式桥梁防撞设施

说明书

本发明涉及一种基于砂土液化阻尼的预制部件装配式桥梁防撞设施，从上到下依次包括：橡胶密封层、砂土覆盖水层、饱和砂土层、基础层，在河底固定所述基础层，与防撞设施上部采用扣锁式连接，所述基础层上部布置饱和砂土层并设置滤孔，并与设置在所述砂土覆盖水层的滤孔连接，所述砂土覆盖水层上布置所述橡胶密封层。防撞设施通过液化砂土耗能，避免船撞对于桥梁的危害，同时减少撞击船只振动响应，降低船体损伤。

技术领域：

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其涉及了基于砂土液化阻尼预制部件装配防撞墩新型结构。

背景技术

船撞桥事故不仅涉及到船舶通行的安全，也严重影响桥梁及安全运营。防撞结构是桥墩和船舶直接作用的部分，其作用在于保护桥墩，研究表明它应满足以下几点要求：1)设计成合理大小、形状，不妨碍通航要求；2)适应水位不同季节变化要求；3)消耗能量效果显著，保护桥梁同时降低船体损伤；4)撞后恢复方便，能够多次使用；5)防撞层与桥墩连接良好，避免大面积刚性接触；6)安装运输方便，价格合理。当前的防撞墩按照结构形式有：重力式、集群桩、防撞墩，薄壳筑砂围堰等类型防撞设施；按照材料类型有：气囊(CN201510095964.3)、橡胶(CN201620289316.1)、磁铁(CN201620457618.5)等类型。基于调谐液体阻尼器(TLD)原理的饱水海绵阻尼器利用孔隙流体流动原理，消耗建筑物振动能量。这种孔隙介质阻尼器不需要调谐频率，已应用于建筑物环境减振。但到目前为止还未见类似的液体阻尼器应用于桥梁防撞减震。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足及未涉及之处，提出了通过液化砂土耗能，避免船撞对于桥梁的危害；同时减少撞击船只振动响应，降低船体损伤；外壳及其内在填充的饱和砂土共同作用，提高了该阻尼器的抗撞击能力，从而实现桥梁、防撞设施和船只的三不坏。相对于传统的桥梁柔性防撞设施造价高昂、结构复杂和施工难度大的缺点，基于砂土液化阻尼的内河航道桥梁柔性防撞设施将在保证三不坏的基础上，在经济性、结构简化和施工难度降低方面具有优势。具体技术方案如下：

一种基于砂土液化阻尼的预制部件装配式桥梁防撞设施，从上到下依次包括：橡胶密封层、砂土覆盖水层、饱和砂土层、基础层，在河底固定所述基础层，与防撞设施上部采用扣锁式连接，所述基础层上部布置饱和砂土层并设置滤孔，并与设置在所述砂土覆盖水层的滤孔连接，所述砂土覆盖水层上布置所述橡胶密封层；还包括外壳，所述橡胶密封层、砂土覆盖水层、饱和砂土层包裹在所述外壳内。

进一步地，所述橡胶密封层上缘设置可开合的顶盖，所述橡胶密封层下缘通过所述外壳内壁设置卡槽来控制位置。

进一步地，所述橡胶密封层，在汛期该层高出水面；和/或，所述砂土覆盖水层，为无压水，该部分作为砂土液化后的流动空间；和/或，所述饱和砂土层通过滤孔与外界交换水，确保在低水位期间，有足够砂土为饱和砂土，即：饱和砂土液化所产生的能耗，与船撞所产生的能量相当，当洪水水位时所有砂土为饱和砂土；和/或，所述基础层为永久结构。

进一步地，所述外壳与所述顶盖之间的水密通过在密封槽内安装O形圈实现，所述O形圈在水下受压时形成弹性变形，填充所述外壳和顶盖之间的缝隙；和/或，所述防撞设施还具有传感器，所述外壳上具有安装螺纹，所述传感器与所述外壳通过螺纹固定。

进一步地，所述外壳采用金属材料，优选的，所述金属材料为铝合金，也可采用钢管、钢筒等形式。

进一步地，所述饱和砂土层采用优化级配和抗腐蚀处理：

式中P为粒径为d的颗粒的通过质量百分率，dmax为最大粒径，μ为颗粒外形系数，对于圆形颗粒，μ取1，对于三角形颗粒，μ取1.5，n为为级配指数，取n＝0.7～0.8以实现易于液化的目的。

进一步地，对砂土表面进行环氧喷涂预处理，以延缓水蚀。

进一步地，根据河道通航等级，分为三种情况：