[發(fā)明專利]一種分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充橋墩防撞裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011061032.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112227187A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周宏元;賈昆程;王小娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E01D19/02
• 分類號(hào): E01D19/02;E01F15/14;E02B3/26
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充橋墩防撞裝置，包括：外層迎撞面板，分層梯度蜂窩填充夾芯層，鋼板內(nèi)防撞層；夾芯層由內(nèi)凹正六邊形負(fù)泊松比蜂窩骨架與其內(nèi)部填充的泡沫混凝土材料組成。各組件均由環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接而成，防撞夾芯結(jié)構(gòu)之間通過(guò)“工字型”夾扣連接成一個(gè)整體。本裝置可通過(guò)胞壁厚度梯度，填充物密度梯度，胞元高度梯度等多種形式達(dá)到分層梯度的效果。與傳統(tǒng)防撞裝置相比，本裝置可通過(guò)材料的塑性變形和脆性變形吸收車輛撞擊能量，并能通過(guò)改變梯度形式和梯度系數(shù)控制能量吸收過(guò)程，降低車輛撞擊力峰值，能同時(shí)保護(hù)橋墩和車輛的安全。本裝置占地面積較小，更換方便快捷，更換時(shí)對(duì)交通造成的不利影響較小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋墩撞擊防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種以分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充材料為芯層的橋墩防撞夾芯結(jié)構(gòu)。其中分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充夾芯層由內(nèi)凹正六邊形負(fù)泊松比蜂窩，泡沫混凝土填充物以及蜂窩之間的環(huán)氧樹(shù)脂膠組成。

背景技術(shù)

隨著城市化的快速發(fā)展，城區(qū)人口數(shù)量急劇增加，為緩解城區(qū)的交通壓力并為市民提供更加舒適的交通環(huán)境，城市中的高架橋和過(guò)街天橋數(shù)量也在快速增加。這些城市基礎(chǔ)設(shè)施在緩解交通壓力的同時(shí)也帶來(lái)了一些安全隱患。近些年來(lái)車輛撞擊橋墩的事故不斷增加，車橋相撞事故不但造成公共財(cái)產(chǎn)損失和交通擁堵，而且給人的生命安全帶來(lái)了極大的威脅。

由于城市區(qū)域行駛的車輛以小型私家車和公共交通車輛為主，其特點(diǎn)是車速較慢且車體質(zhì)量較小，在撞擊時(shí)產(chǎn)生的撞擊力和撞擊能量均較小。目前，大多數(shù)城市橋梁不采用防撞裝置或采用外包水泥隔離墩等剛性防撞裝置，對(duì)橋墩進(jìn)行剛性防護(hù)后，將進(jìn)一步增大其剛度，雖有利于保護(hù)橋墩，但會(huì)對(duì)撞擊車輛和駕駛?cè)藛T造成更大的損傷。復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用于橋墩抗撞時(shí)具備占地面積小、降低撞擊力峰值、吸收撞擊能量、既能保護(hù)橋墩又降低車輛損傷等優(yōu)點(diǎn)，成為設(shè)計(jì)橋墩防撞裝置時(shí)可選擇的一種新型柔性防護(hù)結(jié)構(gòu)，并已在橋梁防護(hù)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述存在的因防撞結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大而造成在撞擊過(guò)程中車輛損傷嚴(yán)重和防撞裝置能量吸收不易控制等問(wèn)題，提出了一種分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充夾芯結(jié)構(gòu)防撞裝置。將該防撞裝置包裹在橋墩表面，可顯著降低傳遞到橋墩上的撞擊能量，減小作用在橋墩和車體上的撞擊力初始峰值，同時(shí)保護(hù)車輛和橋墩的安全。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種分層梯度負(fù)泊松比蜂窩填充橋墩防撞裝置，包括包裹在鋼筋混凝土橋墩外表面的鋼板內(nèi)防撞層、中間的緩沖吸能夾芯層和外層的鋼迎撞面板。緩沖吸能夾芯層由泡沫混凝土材料和內(nèi)凹六邊形負(fù)泊松比蜂窩骨架組成；泡沫混凝土材料填充在內(nèi)凹六邊形負(fù)泊松比蜂窩骨架中。

上述方案中，鋼板內(nèi)防撞層、緩沖吸能夾芯層和鋼迎撞面板之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接成整體后，斷面結(jié)構(gòu)為環(huán)狀，為了使其實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制作、便于運(yùn)輸和施工，該整體分為三塊三分之一圓環(huán)拼接而成，并在緩沖吸能夾芯層、鋼板內(nèi)防撞層和鋼迎撞面板中分別預(yù)留螺栓孔以便與各組件連接。通過(guò)“工字型”連接夾扣將內(nèi)層防撞面板和外層迎撞面板連接為一個(gè)整體，“工字型”連接夾扣的螺桿穿過(guò)中間的泡沫混凝土填充負(fù)泊松比蜂窩梯度緩沖吸能芯層，在受到撞擊荷載作用時(shí)能夠共同發(fā)揮作用，螺桿兩端通過(guò)螺母固定。該防撞結(jié)構(gòu)通過(guò)改變“工字型”連接夾扣的高度、厚度和寬度，適用于不同工況。該“工字型”連接夾扣由高強(qiáng)度鋼材制成。