一種剛度可變的橋墩防撞裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及橋梁安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種剛度可變的橋墩防撞裝置及方法。該裝置包括多個(gè)由外室，內(nèi)室以及內(nèi)外室之間的環(huán)形室組成的封閉單元；外室內(nèi)填充有磁流變彈性體；內(nèi)室包括內(nèi)導(dǎo)電壓板，內(nèi)絕緣紙，外導(dǎo)電壓板，外絕緣紙，壓電材料，填充材料；內(nèi)導(dǎo)電壓板內(nèi)室壁間有一層內(nèi)絕緣紙，外導(dǎo)電壓板與內(nèi)室壁間有一層外絕緣紙；內(nèi)外導(dǎo)電壓板之間填充有壓電材料與填充材料；環(huán)形室中有線圈。本發(fā)明利用壓電材料發(fā)電改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，從而改變磁流變彈性體的剛度，改變橋墩防撞裝置的剛度，能智能化應(yīng)對(duì)外界的撞擊，很好的保護(hù)橋墩安全。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種剛度可變的橋墩防撞裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種剛度可變的橋墩防撞裝置及方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]車(chē)輛船舶撞擊橋墩而導(dǎo)致的嚴(yán)重事故每年都有發(fā)生，所造成的各種損失無(wú)法估量，而車(chē)船撞橋的概率并沒(méi)有想象中的那么低，因此對(duì)橋墩保護(hù)裝置的研究是非常必要的，關(guān)于這點(diǎn)也引起了越來(lái)越多相關(guān)人員的關(guān)注。
[0003]針對(duì)車(chē)輛船舶對(duì)橋墩撞擊事故，國(guó)內(nèi)外對(duì)防撞裝置進(jìn)行了多年的研究。根據(jù)設(shè)置地點(diǎn)的不同可以簡(jiǎn)單的分為直接構(gòu)造與間接構(gòu)造。直接構(gòu)造防撞裝置主要是使力通過(guò)緩沖后作用到橋墩上，如護(hù)舷方式、繩索變形方式、緩沖材料設(shè)施方式或浮動(dòng)防撞裝置等。間接構(gòu)造防撞裝置使力傳遞不到橋梁結(jié)構(gòu)，避開(kāi)了相撞問(wèn)題。如群粧基礎(chǔ)、人工筑島、人工圍堰等。直接構(gòu)造防撞裝置主要通過(guò)自身的柔性和耗能能力來(lái)削弱撞擊力和減小撞擊破壞程度，但如果防撞裝置柔度過(guò)大，則當(dāng)車(chē)輛船舶碰觸防撞裝置后，防撞裝置的變形主要發(fā)生在相碰觸的部位，其他部位起不到分散撞擊力的作用。而如果防撞裝置剛度過(guò)大，則無(wú)法起到很好的耗能作用，無(wú)法提供很好的防撞效果，且碰撞過(guò)程中易造成車(chē)輛船舶受損。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種剛度可變的橋墩防撞裝置及方法，在車(chē)輛船舶撞擊橋墩時(shí)能智能調(diào)節(jié)防撞裝置的剛度，起到有效防撞效果、避免嚴(yán)重后果的同時(shí)減小車(chē)輛船舶所受的損害。
[0005]本發(fā)明的目的是采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種剛度可變的橋墩防撞裝置，包括多個(gè)封閉單元2，封閉單元2相互連接，圍設(shè)在橋墩I周?chē)糜跇蚨辗雷?，封閉單元2內(nèi)設(shè)置有線圈9和壓電材料4，壓電材料4的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)電板7和外導(dǎo)電板8，線圈9的兩端分別與內(nèi)導(dǎo)電板7和外導(dǎo)電板8連接，在封閉單元2內(nèi)還填充有磁流變彈性體5，磁流變彈性體5設(shè)置在封閉單元2上的承撞部位，且處于線圈9的激勵(lì)范圍內(nèi)。
[0007]所述的內(nèi)導(dǎo)電板7和外導(dǎo)電板8之間填充有填充材料6，填充材料6與壓電材料4相間設(shè)置，且壓電材料4兩側(cè)均填充有填充材料6。
[0008]所述的封閉單元2沿徑向由內(nèi)向外依次包括內(nèi)室14和外室13，所述的內(nèi)導(dǎo)電板7和外導(dǎo)電板8設(shè)置在內(nèi)室14內(nèi)；所述的磁流變彈性體5填充在外室13內(nèi)；外室13內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形室15，環(huán)形室15沿著外室13和內(nèi)室14的交界處設(shè)置一周，所述的線圈9設(shè)置在環(huán)形室15內(nèi)。
[0009]所述的封閉單元2的材質(zhì)為低碳鋼，外室13與內(nèi)室14之間的隔板以及外室13與環(huán)形室15之間的隔板的材質(zhì)均為低碳鋼，封閉單元的外表面上設(shè)置有絕緣層3。
[0010]所述的內(nèi)導(dǎo)電板7與封閉單元2之間和外導(dǎo)電板8與封閉單元2之間均絕緣，內(nèi)導(dǎo)電板7與封閉單元2之間和外導(dǎo)電板8與封閉單元2之間分別設(shè)置有內(nèi)絕緣紙10和外絕緣紙12。
[0011]所述的內(nèi)導(dǎo)電板7和外導(dǎo)電板8均為銅板，壓電材料4為壓電陶瓷、壓電聚合物或復(fù)合壓電材料，線圈9為漆包銅線繞制而成的線圈。
[0012]所述的填充材料6為橡膠、合成橡膠或復(fù)合彈性材料。
[0013]—種橋墩防撞方法，當(dāng)封閉單元2受到撞擊時(shí)，使壓電材料4受到壓力并發(fā)電，壓電材料發(fā)出的電使線圈9產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)激勵(lì)磁流變彈性體5，使磁流變彈性體的剛度發(fā)生變化，該磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，磁流變彈性體5的剛度越大，該磁場(chǎng)強(qiáng)度越弱，磁流變彈性體5的剛度越小。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明的防撞裝置通過(guò)在封閉單元內(nèi)設(shè)置壓電材料，壓電材料與內(nèi)導(dǎo)電板和外導(dǎo)電板分別連接，內(nèi)導(dǎo)電板與外導(dǎo)電板分別與線圈的兩端連接，當(dāng)車(chē)輛船舶碰觸封閉單元時(shí)與封閉單元上的承撞部位接觸，產(chǎn)生的撞擊壓力傳遞給壓電材料，壓電材料發(fā)生變形產(chǎn)生電，壓電材料產(chǎn)生的電通過(guò)導(dǎo)電板傳輸給線圈，通電的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)激勵(lì)磁流變彈性體，使磁流變彈性體的剛度發(fā)生變化。如果撞擊力變大，則壓電材料所受的壓力也變大，產(chǎn)生的電壓隨之變大，進(jìn)而線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也變大，使得磁流變彈性體的剛度變大，反之則磁流變彈性體的剛度變小。撞擊力的變化使防撞裝置的剛度具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，使防撞裝置更加智能化，在碰撞時(shí)能很好地吸收碰撞能量，能對(duì)橋墩起到有效的保護(hù)效果，同時(shí)能減小碰撞發(fā)生時(shí)對(duì)車(chē)輛船舶及人員的傷害，更加人性化。
[0016]本發(fā)明利用壓電材料發(fā)電改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，從而改變磁流變彈性體的剛度，改變橋墩防撞裝置的剛度，能智能化應(yīng)對(duì)外界的撞擊，很好的保護(hù)橋墩安全。
【【附圖說(shuō)明】】
[0017]圖1為本發(fā)明的剛度可變的橋墩防撞裝置縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1的A處局部放大示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的剛度可變的橋墩防撞裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明的剛度可變的橋墩防撞裝置單個(gè)封閉單元組成示意圖，其中圖4(a)為側(cè)視圖，圖4(b)為俯視圖。
[0021 ]其中:1-橋墩，2-封閉單元，3-絕緣層，4-壓電材料，5-磁流變彈性體，6_填充材料，7-內(nèi)導(dǎo)電壓板，8-外導(dǎo)電壓板，9-線圈，10-內(nèi)絕緣紙，11-接線槽，12-外絕緣紙，13-外室，14-內(nèi)室，15-環(huán)形室。
【【具體實(shí)施方式】】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意的方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。在各個(gè)附圖中，相同的構(gòu)件采用類(lèi)似的附圖標(biāo)記來(lái)表示，具體尺寸可以根據(jù)具體實(shí)施工程擬定。
[0023]如圖1?圖4所示，本發(fā)明提供了一種可變剛度的橋墩防撞裝置，包括多個(gè)封閉單元2，封閉單元2由外室13，內(nèi)室14以及內(nèi)外室之間的環(huán)形室15組成。封閉單元2的外表面覆蓋一層絕緣層3。外室13內(nèi)填充有磁流變彈性體5。內(nèi)室14內(nèi)包括內(nèi)導(dǎo)電壓板7，內(nèi)絕緣紙1，外導(dǎo)電壓板8，外絕緣紙12，壓電材料4，填充材料6。內(nèi)導(dǎo)電壓板7與內(nèi)室壁間有一層內(nèi)絕緣紙1，外導(dǎo)電壓板8與內(nèi)室壁間有一層外絕緣紙12。內(nèi)外導(dǎo)電壓板(7，8)之間填充有壓電材料4與填充材料6。壓電材料4與填充材料6相間設(shè)置，壓電材料4的兩側(cè)均有填充材料6。環(huán)形室15中有線圈9，封閉單元上開(kāi)設(shè)有接線槽11，線圈9的兩端通過(guò)接線槽11分別與內(nèi)導(dǎo)電壓板7、外導(dǎo)電壓板8連接。
[0024]本發(fā)明的可變剛度的橋墩防撞裝置的封閉單元2為低碳鋼材料，且各個(gè)室(13，14，15)之間的隔板亦為低碳鋼材料;壓電材料4為壓電陶瓷、壓電聚合物或復(fù)合壓電材料中的一種;磁流變彈性體5由硅橡膠、硅油、羰基鐵粉、鐵顆粒或由聚氨酯橡膠、硅橡膠、羰基鐵粉、鐵顆粒中的一種方法制備;填充材料6為橡膠、合成橡膠或復(fù)合彈性材料中的一種；內(nèi)外導(dǎo)電壓板為銅板;線圈9由漆包銅導(dǎo)線繞制而成。
[0025]將本發(fā)明的裝置安裝在待防護(hù)橋墩的防撞位置，當(dāng)車(chē)輛船舶碰觸封閉單元2時(shí)，觸碰產(chǎn)生的壓力傳遞給壓電材料4，壓電材料4通過(guò)形變發(fā)處的電通過(guò)線圈9，通電的線圈9產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)激勵(lì)磁流變彈性體5，使磁流變彈性體5的剛度發(fā)生變化。如果撞擊力變大則壓電材料4所受的壓力也變大，產(chǎn)生的電壓隨之變化，進(jìn)而通電線圈9產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也變化，引起磁流變彈性體5的剛度變大，反之則磁流變彈性體5的剛度變小。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:當(dāng)車(chē)輛船舶碰觸封閉單元時(shí)產(chǎn)生壓力傳遞給壓電材料，壓電材料形變發(fā)電通過(guò)線圈，通電的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)激勵(lì)磁流變彈性體，使磁流變彈性體的剛度發(fā)生變化。如果撞擊力變大則壓電材料所受的壓力也變大，產(chǎn)生的電壓隨之變化，進(jìn)而通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度也變化，引起磁流變彈性體的剛度變大，反之則磁流變彈性體的剛度變小。該過(guò)程使防撞裝置的剛度具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，使防撞裝置更加智能化，在碰撞時(shí)能很好地吸收碰撞能量，能對(duì)橋墩起到有效的保護(hù)效果，同時(shí)能減小碰撞發(fā)生時(shí)對(duì)車(chē)輛船舶及人員的傷害，更加人性化。
[0027]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改或變形都視為對(duì)本發(fā)明的等同替換，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，包括多個(gè)封閉單元(2)，封閉單元(2)相互連接，圍設(shè)在橋墩(I)周?chē)糜跇蚨辗雷?，封閉單元(2)內(nèi)設(shè)置有線圈(9)和壓電材料(4)，壓電材料(4)的內(nèi)外兩側(cè)分別設(shè)置有內(nèi)導(dǎo)電板(7)和外導(dǎo)電板(8)，線圈(9)的兩端分別與內(nèi)導(dǎo)電板(7)和外導(dǎo)電板(8)連接，在封閉單元(2)內(nèi)還填充有磁流變彈性體(5)，磁流變彈性體(5)設(shè)置在封閉單元(2)上的承撞部位，且處于線圈(9)的激勵(lì)范圍內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的內(nèi)導(dǎo)電板(7)和外導(dǎo)電板(8)之間填充有填充材料(6)，填充材料(6)與壓電材料(4)相間設(shè)置，且壓電材料(4)兩側(cè)均填充有填充材料(6)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的封閉單元(2)沿徑向由內(nèi)向外依次包括內(nèi)室(14)和外室(13)，所述的內(nèi)導(dǎo)電板(7)和外導(dǎo)電板(8)設(shè)置在內(nèi)室(14)內(nèi)；所述的磁流變彈性體(5)填充在外室(13)內(nèi)；外室(13)內(nèi)還設(shè)置有環(huán)形室(15)，環(huán)形室(15)沿著外室(13)和內(nèi)室(14)的交界處設(shè)置一周，所述的線圈(9)設(shè)置在環(huán)形室(15)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的封閉單元(2)的材質(zhì)為低碳鋼，外室(13)與內(nèi)室(14)之間的隔板以及外室(13)與環(huán)形室(15)之間的隔板的材質(zhì)均為低碳鋼，封閉單元的外表面上設(shè)置有絕緣層(3)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的內(nèi)導(dǎo)電板(7)與封閉單元(2)之間和外導(dǎo)電板(8)與封閉單元(2)之間均絕緣，內(nèi)導(dǎo)電板(7)與封閉單元(2)之間和外導(dǎo)電板(8)與封閉單元(2)之間分別設(shè)置有內(nèi)絕緣紙(10)和外絕緣紙(12)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的內(nèi)導(dǎo)電板(7)和外導(dǎo)電板(8)均為銅板，壓電材料(4)為壓電陶瓷、壓電聚合物或復(fù)合壓電材料，線圈(9)為漆包銅線繞制而成的線圈。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種剛度可變的橋墩防撞裝置，其特征在于，所述的填充材料(6)為橡膠、合成橡膠或復(fù)合彈性材料。8.—種基于權(quán)利要求1的裝置的一種橋墩防撞方法，其特征在于，當(dāng)封閉單元(2)受到撞擊時(shí)，使壓電材料(4)受到壓力并發(fā)電，壓電材料發(fā)出的電使線圈(9)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)激勵(lì)磁流變彈性體(5)，使磁流變彈性體的剛度發(fā)生變化，該磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，磁流變彈性體(5)的剛度越大，該磁場(chǎng)強(qiáng)度越弱，磁流變彈性體(5)的剛度越小。
【文檔編號(hào)】E02B3/26GK106032661SQ201610334126
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】吳昊
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)