一种防船撞钢套箱及设计安装方法.pdf

本发明公开了一种防船撞钢套箱及设计安装方法，所述防船撞钢套箱的横截面为圆形；防船撞钢套箱由若干段端部封闭的大直径螺旋钢管通过内法兰及螺栓连接而成，内法兰位于钢管内；内法兰与钢管的连接固定点位于内法兰与钢管内壁相接触处。防船撞钢套箱设置在桥墩外围。钢套箱主体采用大直径螺旋钢管。弯曲的钢套箱由若干段斜截的相同直径的大直径螺旋钢管拼焊而成。设计安装方法包括：设计并选择钢管；焊接内法兰；拼装钢管。本发明耗散能量效果更好；钢套箱主体结构设计与制造更加简洁，产品更加可靠，制造成本更低、生产周期更短；弯曲段钢套箱结构简单、可靠、美观、造价低；连接部位平整，结构简单、可靠、美观，力的传递更加合理。

1.  一种防船撞钢套箱，其特征是，所述防船撞钢套箱的横截面为圆形；所述防船撞钢套箱包括若干段钢管，所述钢管与钢管之间通过位于钢管内的内法兰相连接或者通过焊接方式连接。

2.  根据权利要求1所述的防船撞钢套箱，其特征是，所述钢管为端部封闭的螺旋钢管，所述钢管与钢管之间通过内法兰及螺栓相连接，所述内法兰焊接在钢管两端的内壁上。

3.  根据权利要求1所述的防船撞钢套箱，其特征是，所述防船撞钢套箱内设有加强筋，钢管端部设有与钢管端部密封连接的密封板。

4.  根据权利要求1所述的防船撞钢套箱，其特征是，所述防船撞钢套箱是带有弯曲段的防船撞钢套箱，所述弯曲段包括若干段具有倾斜端面的斜端面钢管，斜端面钢管与斜端面钢管之间通过焊接方式连接，斜端面钢管的倾斜端面为椭圆形，该倾斜端面与斜端面钢管中心轴形成小于90度的夹角。

5.  根据权利要求1所述的防船撞钢套箱，其特征是，所述防船撞钢套箱设置在桥墩外围。

6.  根据权利要求1所述的防船撞钢套箱，其特征是，所述防船撞钢套箱的表面为平整表面。

7.  一种防船撞钢套箱的设计安装方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤一：设计并选择钢管：将防船撞钢套箱设计为横截面为圆形的防船撞钢套箱，并选择采用若干段预定直径的钢管；
步骤二：焊接内法兰：在钢管两端的内壁上焊接好内法兰；
步骤三：拼装钢管：
选择好防船撞钢套箱的安装位置，拼装防船撞钢套箱的笔直段时，将焊接好了内法兰的钢管通过内法兰和螺栓连接好；
拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，先制作好斜端面钢管，采用斜截方式截断原料钢管，制作成具有倾斜端面的斜端面钢管，该倾斜端面与斜端面钢管中心轴成小于90度的夹角，该夹角的大小与弯曲段的弯曲程度相适应；再将制作好的斜端面钢管通过焊接方式连接好。

8.  根据权利要求7所述的防船撞钢套箱的设计安装方法，其特征是，在焊接内法兰之前，在钢管内设置加强筋；在焊接好内法兰后，再在钢管端部焊接密封板，使密封板与钢管连接处密封连接，密封板上预留连接内法兰的螺栓穿过孔。

9.  根据权利要求7所述的防船撞钢套箱的设计安装方法，其特征是，拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，焊接斜端面钢管之前，先在斜端面钢管的倾斜端面上焊接密封板。

一种防船撞钢套箱及设计安装方法
技术领域
本发明涉及桥墩防撞技术领域。
背景技术
在各种权衡之下建造出来的桥,常常不可避免地被船舶碰撞，发生桥毁、船沉、人物、物失的悲剧。随着经济的发展，船舶的吨位和航速以及数量迅速增加，以及极端天气的频发导致船撞桥的可能性急速增加。近年来，内陆河流船舶撞击桥梁的事故时有发生，桥梁防撞设施设计日益得到重视。船撞桥梁的事故虽然是偶然事件，但一旦发生，往往会造成结构破损、货物泄漏、环境污染、人员伤亡，甚至船桥损毁等灾难性的后果。所以，无论是从安全上、经济上，还是从环境保护上来看，安装桥墩（梁）防撞设施，以保证人身、船舶与桥梁的安全，具有重要的意义。
桥墩防撞设施应用最广的是被动防船撞装置，被动防船撞装置的主要形式是固定或者浮动的钢套箱，其原理就是通过钢套箱的变形吸能，减少撞击破坏对被保护桥墩的伤害，从而达到保护桥墩的目的。现有的被动防船撞装置主要有：橡胶护舷，复合材料护舷、钢套箱，复合材料套箱等几种主要形式。其中钢套箱均采用矩形截面，通过钢板拼接而成，辅以加强筋，提高套箱的整体刚度。
普通防船撞装置钢套箱，由于迎撞面是一个平面，而船舶撞击是基本是以点接触开始，撞击存在刺穿效应，类似于用钉子去扎穿一张绷紧的纸，碰撞时，变形比较集中，因此耗能效果较差，不能有效耗散撞击能量。同时，因钢板规格所限，钢套箱必须通过拼接而成，钢板的切割、开焊接坡口、焊接、工装制作等工作量较大，直接导致制造周期和成本较高，由于制造过程较为复杂、质量控制较为困难，检验费用也相应增加，进一步推高制造成本，此外，刺穿效应的存在，使得原材料的用量也会较多，也会导致成本高企。
现有技术中，申请号为201420727696.3的中国发明公开了一种蜂窝式柔性防船撞钢套箱，包括将桥墩周向包围的复合材料箱体、纵向填充于箱体内的管状缓冲元件和填充于缓冲元件管内的发泡体，所述箱体沿其周向由多个节段组成，相邻节段通过卡接结构卡接，箱体分节段便于运输、安装，同时，相邻节段间双向卡接结构，可以保证箱体在承受双向冲击时榫口连接部位不受破坏，而箱体与其所包围的桥墩处设有圆管等形式的导向柱，圆管与桥墩可弧面接触，具有自定位功能，防止箱体受水流作用时与桥墩产生作用而造成箱体损坏。申请号为201110353957.0的中国发明专利申请公开了一种具有多重吸能的对桥墩或承台进行保护的柔性防船撞装置。包括由外钢围、内钢围和将外钢围与内钢围连接的多个防撞圈构成耗能装置，特别是内钢围内还设有可与桥墩直接接触的环闭套箱，环闭套箱与内钢围之间设有柔性装置，上述的环闭套箱为环闭的箱式结构，由两环闭的钢板构成，该两钢板之间有多个支撑体。申请号为201110246420.4的中国发明公开了一种装配式钢套箱，包括两块第一壁板、两块第二壁板、预应力钢丝绳箍紧装置，第一壁板与第二壁板相邻，预应力钢丝绳箍紧装置包括壁板外侧两端的第一支撑杆、第二支撑杆，至少两道预应力钢丝绳，高强度连接钢筋一端穿出第一支撑杆上端与精轧螺纹钢筋螺母固定连接，另一端通过第一连接器与预应力钢丝绳一端连接，预应力钢丝绳另一端先垂直向下，然后绕封闭箱体一周后再垂直向上，与第二支撑杆内的第二连接器下端固定连接，第二连接器上端的高强度连接钢筋穿出第二支撑杆上端与精轧螺纹钢筋螺母固定连接。以上现有技术降低成本和耗能水平方面均有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高能耗的防船撞钢套箱及设计安装方法，其能解决现有的普通桥墩防船撞装置钢套箱制造复杂、成本较高、在撞击过程中耗能水平较低的问题。
本发明的技术方案是：一种防船撞钢套箱，所述防船撞钢套箱的横截面为圆形；所述防船撞钢套箱包括若干段钢管，所述钢管与钢管之间通过位于钢管内的内法兰相连接或者通过焊接方式连接。
所述钢管为端部封闭的螺旋钢管，所述钢管与钢管之间通过内法兰及螺栓相连接，所述内法兰焊接在钢管两端的内壁上。
所述防船撞钢套箱内设有加强筋，钢管端部设有与钢管端部密封连接的密封板。
所述防船撞钢套箱是带有弯曲段的防船撞钢套箱，所述弯曲段包括若干段具有倾斜端面的斜端面钢管，斜端面钢管与斜端面钢管之间通过焊接方式连接，斜端面钢管的倾斜端面为椭圆形，该倾斜端面与斜端面钢管中心轴形成小于90度的夹角。
所述防船撞钢套箱设置在桥墩外围。
所述防船撞钢套箱的表面为平整表面。
一种防船撞钢套箱的设计安装方法，包括如下步骤：
步骤一：设计并选择钢管：将防船撞钢套箱设计为横截面为圆形的防船撞钢套箱，并选择采用若干段预定直径的钢管；
步骤二：焊接内法兰：在钢管两端的内壁上焊接好内法兰；
步骤三：拼装钢管：选择好防船撞钢套箱的安装位置，拼装防船撞钢套箱的笔直段时，将焊接好了内法兰的钢管通过内法兰和螺栓连接好；拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，先制作好斜端面钢管，采用斜截方式截断原料钢管，制作成具有倾斜端面的斜端面钢管，该倾斜端面与斜端面钢管中心轴成小于90度的夹角，该夹角的大小与弯曲段的弯曲程度相适应；再将制作好的斜端面钢管通过焊接方式连接好。
在焊接内法兰之前，在钢管内设置加强筋；在焊接好内法兰后，再在钢管端部焊接密封板，使密封板与钢管连接处密封连接，密封板上预留连接内法兰的螺栓穿过孔。
拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，焊接斜端面钢管之前，先在斜端面钢管的倾斜端面上焊接密封板。
本发明的有益效果是：1、与现有技术相比，耗散能量效果更好；2、钢套箱主体结构设计制造更加简洁，产品更加可靠，制造成本更低、生产周期更短；3、弯曲段钢套箱采用直线段模拟方法用相同直径的大直径螺旋钢管小截段拼焊而成，结构简单、可靠、美观、造价低；4、连接部位平整，结构简单、可靠、美观、受力好。
附图说明
图1左图是传统钢套箱的横截面示意图。
图1右图是本发明防船撞钢套箱的横截面示意图。
图2（a）是传统钢套箱的正面示意图（注：图中除轮廓线外，其余实线均为焊缝示意）。
图2（b）是本发明防船撞钢套箱的正面示意图。
图3（a）是传统钢套箱的弯曲段俯视示意图。
图3（b）是本发明防船撞钢套箱的弯曲段俯视示意图。
图4（a）是传统钢套箱的连接安装示意图。
图4（b）是本发明防船撞钢套箱的连接安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例（包括与现有技术对比）对本发明作进一步说明。
如图1右图、图2（b）、图3（b）和图4（b）所示，本发明防船撞钢套箱为管状，其横截面为圆形；防船撞钢套箱主要由若干段钢管1通过内法兰2连接而成，需要时也可通过焊接方式连接。内法兰位于钢管内部，内法兰连接在钢管两端的内壁上。所述防船撞钢套箱可以是带有弯曲段的防船撞钢套箱，所述弯曲段包括若干段具有倾斜端面的斜端面钢管，斜端面钢管与斜端面钢管之间通过焊接方式连接，倾斜端面为椭圆形，该椭圆形端面与斜端面钢管中心轴形成小于90度的夹角。
防船撞钢套箱由若干段端部封闭的大直径螺旋钢管通过内法兰及螺栓连接而成，所述内法兰位于钢管内。所述防船撞钢套箱横截面为圆形，通过仿真分析，具有比传统矩形横截面更好的耗能效果，可以更好地保护桥墩。防船撞钢套箱，其主体为大直径螺旋钢管辅以加强筋、端部密封板和连接内法兰等辅助结构组成。防船撞钢套箱可以是笔直的也可以是弯曲的，即防船撞钢套箱包括弯曲的防船撞钢套箱（弯曲段）和笔直的的防船撞钢套箱（笔直段）。弯曲的防船撞钢套箱由若干段具有倾斜端面的相同直径的大直径螺旋钢管拼焊而成，并辅以加强筋、端部密封板和连接内法兰等辅助结构而成。防船撞钢套箱之间可以通过法兰螺栓连接，所述法兰为内法兰，焊接在套箱端部地大直径螺旋钢管内壁上，连接后，与传统钢套箱相比，套箱表面非常平整，更加美观，力的传递也更加合理有效。内法兰与钢管的连接固定点位于内法兰与钢管内壁相接触处。防船撞钢套箱设置在桥墩外围。
一种防船撞钢套箱的设计安装方法，包括如下步骤：
步骤一：设计并选择钢管：将防船撞钢套箱设计为横截面为圆形的防船撞钢套箱，并选择采用若干段直径符合要求的钢管；
步骤二：焊接内法兰：在钢管两端的内壁上焊接好内法兰；
步骤三：拼装钢管：选择好防船撞钢套箱的安装位置，拼装防船撞钢套箱的笔直段时，将焊接好了内法兰的钢管通过内法兰和螺栓连接好，螺栓直接连接在内法兰上，通过螺栓把相邻钢管的相邻端的二个内法兰连接起来；拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，先制作好斜端面钢管，采用斜截方式截断原料钢管，制作成具有倾斜端面的斜端面钢管，该倾斜端面与斜端面钢管中心轴成小于90度的夹角，该夹角的大小与弯曲段的弯曲程度相适应；再将制作好的斜端面钢管通过焊接方式连接好。斜端面钢管相连接的二个端面为倾斜端面，通过倾斜角度（倾斜端面与斜端面钢管中心轴的夹角）的选择，能拼装成相应弯曲程度的防船撞钢套箱弯曲段。
在焊接内法兰之前，可以在钢管内设置加强筋；在焊接好内法兰后，可以再在钢管端部焊接密封板，使密封板与钢管连接处密封连接，密封板上预留供连接内法兰的螺栓穿过的通孔。拼装防船撞钢套箱的弯曲段时，焊接斜端面钢管之前，可先在斜端面钢管的倾斜端面上焊接密封板。
请参考图1左图和右图，传统钢套箱的横截面是矩形的；本发明防船撞钢套箱的横截面是圆形的。本发明防船撞钢套箱采用圆形横截面，圆形钢管外表圆滑，容易滑动，容易扁。经仿真分析证明，圆形截面的防船撞钢套箱可以避免矩形横截面在撞击时存在的刺穿效应，能够带动周边更多的钢结构参与变形耗散能量，从而可以更好的保护桥墩。图1左图和右图分别为传统钢套箱和本发明防船撞钢套箱横截面视图，含内部加强筋示意。
请参考图2（a）和（b），传统钢套箱正面的焊缝数量多；而本发明防船撞钢套箱正面的焊缝数量基本为零。本发明防船撞钢套箱采用大直径钢管作为防船撞钢套箱的主体结构，使得防船撞钢套箱主体不需要用众多的钢板进行拼焊，直接采购截断即可。极大简化了防船撞钢套箱主体结构的设计和制造，降低质量风险和制造成本，缩短制造周期。（注：图2中除轮廓线外，其余实线均为焊缝示意）。
请参考图3（a）和（b），传统钢套箱弯曲段：钢板数量多，焊缝数量多；本发明防船撞钢套箱：大直径钢管截段少，焊缝数量少。防船撞钢套箱弯曲段采用直线段模拟方法用大直径钢管小截断（沿与钢管中心轴倾斜角度斜截，斜截后的钢管为斜端面钢管，其倾斜端面为椭圆形且与钢管中心轴形成小于90度的夹角）拼焊而成，钢材利用率高，制造简单，交错焊缝少，整体性更好，质量更容易保证，进而使得装置更加安全可靠，制造成本低。（注：图3中除轮廓线外，其余实线均为焊缝示意）。
请参考图4（a）和（b），传统钢套箱截段连接：安装人员需要站到箱体顶部及外侧四周进行操作，钢套箱多在水上（河、海等）安装，危险性大；本发明钢套箱截段连接：安装人员只需在箱体内部即可完成连接操作，比较安全。本发明的圆形截面钢套箱连接采用内法兰连接,连接部位表面平整，无凸起，无凹陷，外观整体性更好，更加整洁美观，无需特殊处理，力的传递更加合理，此外，钢套箱之间组装连接时，操作人员在钢套箱内部，有了钢套箱的保护，组装连接操作更加安全，大大降低了安装的危险性。
防船撞是预防船舶直接撞击，减少被保护桥墩撞击破坏的一种技术或装置。本发明的主要创新点是：防船撞钢套箱的圆形横截面设计方法；大直径钢管在桥墩防船撞装置中做为钢套箱的主体结构设计；弯曲段采用直线段模拟方法用大直径钢管拼焊而成；圆形截面钢套箱连接采用内法兰链接,连接部位平整。本发明是一种高耗能的桥墩防船撞装置，吸收耗散能量效果好，消耗能量高。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。