自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施是由纤维增强钢覆复合材料外壳、内部消能格构腹板+消能钢板、内填耗能闭孔吸能材料及组件连接机构、内侧阻尼元件组成。

壳体为钢+复合材料壳体,较复合材料壳体来说增加了更大的刚性,外覆复合材料有着很好的耐腐蚀和耐水流冲击作用,并且在复合材料外表层加入紫外线吸收剂和抗老化剂使其具有更好的耐候性。

复合材料格构腹板及耗能钢板,增强了防撞设施的防撞能力,复合材料又具有各向异性的特点,能够 大效能发挥变形吸能的作用,具有更强的缓冲吸能的能力,撞击变形时,将撞击动能转化为弹性势能, 终减少撞击力。

高性能闭孔吸能材料,为闭孔结构,在撞击时通过挤压、压馈延长撞击时间吸收撞击动能,起到耗能作用。

自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施可以采用卯榫结构连接,或采用承插螺栓连接,增强连接结构强度,并保障连接尺寸精度,又便于安装、更换。

内侧阻尼元件在使用过程中起到防止因水流、波浪造成的自浮式复合材料桥梁防撞设施直接与桥墩或承台磕碰的作用,防止长期磕碰对复合材料壳体或桥墩造成的疲劳;阻尼元件贴面板为PE耐磨板,能够缓解长期疲劳,并在撞击 时间降低磕碰损伤并将力量传递至橡胶制阻尼元件进行一级吸能,对于小撞仅靠阻尼元件即可化解。

防撞设施撞击仿真效果:

本次计算采用 不利撞击工况进行分析,撞击角度0度正面撞击,如下图所示。作为参考,采用同角度撞击刚性墙作为撞击裸墩的工况,如下图所示。

裸墩装机效果如下图所示,船头出现明显变形,通过船头位置结构变形吸收船舶动能,迫使船舶停止运动。

设防撞击效果如下图所示,防撞设施发生部分变形,替船舶分担了动能的耗散。

撞击力对比如下图所示:

曲线A为未设置桥梁防撞设施的桥墩所受的船舶撞击力,曲线B为设置了桥梁防撞设施后桥墩所受的撞击力。从图中曲线趋势可以看出,设置防撞设施后,能够明显降低船舶撞击力,延长撞击时间,达到保护桥墩的目的。

1、柔性材料、撞击力吸能好

自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施属于柔性材料+钢制作,内部填充高性能闭孔吸能材料,与自浮式复合材料桥梁防撞设施相比,增大了刚性,能够更大的消减船撞力,有效的保护人、桥安全,同事,还能够 大限度的降低船舶的损伤。

2、耐腐蚀、耐久性、耐撞性、耐疲劳性能优异

与纯钢制桥梁防撞设施相比,钢+复合材料桥梁防撞设施耐腐蚀、耐久性好,使用过程不需要维护;

结构性能好,可承受小船多次撞击;

复合材料抗疲劳能力强、弹性好,变形后可以恢复。

3、重量轻,运输、安装、更换方便

钢+复合材料壳体比重为钢制壳体的1/4,且高性能闭孔吸能材料比重更轻。

独立单元重量轻、运输、吊装费用低。

4、受撞击可改变船舶航向

桥梁防撞设施为圆角结构,当船舶与防撞设施碰撞时,防撞装置能够拨开船头,使之不再继续冲击桥墩,从而主动降低船舶撞击桥墩的能量。

5、连接形式好拆装、运输安装方便快捷

自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施由多个独立的单元组成,可采用卯榫或插销式连接方式,可拆装,运输和安装便捷、高效,各单元损坏后维修更换方便。

6、可塑性强,可根据具体桥墩形式,结合通航情况设计出适用的桥梁防撞装置

7、外观美观、醒目

自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施外观可制作成任何颜色或图案,设置成醒目颜色或反光形式,提高桥墩安全性。

在自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施保护系统中,当船舶与防撞设施撞击紧密接触后,防撞设施截面本身也能承受较大的撞击力,设施截面外壳为弹性复合材料,其内部填充的耗能材料抗剪强度高,缓冲能力强。

由于钢覆复合材料桥梁防撞系统具有自重轻、缓冲性、弹性模量低等特点,因此可有效保护船舶不至于局部受损。

总结自浮式钢覆复合材料桥梁防撞设施的受力机理,主要有以下几点:

弹性好,长纤维可有效分散撞击荷载,同时保护桥梁与船舶;

纤维强度高、质量轻;

耐腐蚀、稳定性好、免维护、免油漆涂装;

绿色环保材料;

重量轻、运输、安装、更换方便;

内部紧密填充耗能材料,撞击时耗能材料相互摩擦消耗能量,以降低撞击力;

小撞不坏,中撞好修,大撞好换。