桥墩的安全防护装置 【技术领域】
本发明涉及桥梁的保护技术领域，尤其涉及一种桥墩的安全防护装置。
背景技术
随着交通运输业的不断发展，大量跨海、跨江桥梁不断兴建。而这种桥梁本身所处的江、海域大都是繁忙的航道，其水流、波涛、风浪等情况复杂，桥梁不可避免地承担着一定的船舶碰撞的风险。当桥梁的桥墩被船舶碰擦或撞击时，即使船舶的航速很慢，由于船舶本身的质量较大，船舶的动量较大，按照动量定理：mv1-mv2＝FΔt，船舶撞击桥墩时，Δt是瞬间，因而其撞击力也是巨大的，毁损桥梁时有发生。
目前，在许多跨海大桥中，桥墩外围设置有防撞箱，或双壁防撞钢套箱，或柔性耗能防撞装置，来达到保护桥墩的目的。其中，防撞箱或双壁防撞钢套箱用来阻挡船舶，消耗船舶的动能，使船舶减速，延缓撞击，削弱船舶对桥墩的撞击力；而柔性耗能防撞装置是利用钢围和钢丝绳——橡胶复合防撞圈共同组成的柔性耗能系统，消耗船舶动能，使船舶减速，延缓撞击，削弱船舶对桥墩的撞击力。由于船舶碰擦或撞击桥墩情况发生时，肇事船舶动能巨大，防撞箱、双壁防撞钢套箱及柔性耗能防撞装置由于材料的弹性缓冲量非常有限，只能预防小型的船舶，对于质量稍大一些或航速稍大的船舶，就不能很好的吸收船舶的总体动能，其消能、防撞效果欠佳，容易撞坏，安全隐患仍然存在，使用寿命也较短，撞坏后需立即更换。因而，现有的对桥墩的安全防护装置有待于进一步改进。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状而提供一种桥墩的安全防护装置，它能有效吸收肇事船舶的动能，能大幅增强桥墩的抗冲击能力，起到对桥墩的保护作用，且装置经久耐用，无需更换。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该桥墩的安全防护装置，包括设置在桥墩外围的钢套箱，其特征在于：还包括一相对钢套箱固定的液压站，所述钢套箱上至少在靠近航道的那一侧上排布有多个支承液压缸，其中，每个支承液压缸的缸体相对钢套箱固定，每个支承液压缸的活塞杆头部都露于钢套箱外表面之外，并且，每个支承液压缸的无杆腔通过液压管路与所述液压站相连通，所有支承液压缸的无杆腔、液压管路和液压站中均充满了液压介质而形成一个封闭的液压系统。
上述液压介质是在压力状态下呈现流动的物质，比如液压油、液压液、脂、胶状物等物。
为实现钢套箱以及支承液压缸能随着水面相对桥墩上下浮动，可以作如下改进：所述多个支承液压缸依次沿所述钢套箱的周向分布排列成一圈而在所述的桥墩外围形成辐射状结构，所述钢套箱的内侧与桥墩表面之间留有空间，在该空间内安装有多个与所述的每个支承液压缸位置相一一对应的浮动液压缸，且所述支承液压缸和浮动液压缸分别以桥墩为中心对称分布，各浮动液压缸也充满了液压介质并通过液压管路与液压站相连通，各浮动液压缸的缸体与钢套箱固定，而各浮动液压缸的活塞杆头部与桥墩表面相抵。如此，每一浮动液压缸的缸体与每个支承液压缸的缸体底部一一对应，而浮动液压缸的活塞杆头部可在桥墩表面上滑动，当钢套箱随着水面相对桥墩上下浮动时，浮动液压缸也可与支承液压缸一起相对桥墩浮动，而当有船舶撞击桥墩表面的支承液压缸时，浮动液压缸受力而与桥墩表面紧抵，桥墩表面所受的合力为零，也使整体钢套箱不能过分移动，从而使意外发生时，对钢套箱具有一定的制动作用。
为节省成本，桥墩外侧不在航道之处可以省去支承液压缸的设置，同样为实现钢套箱以及支承液压缸能随着水面相对桥墩上下浮动，可以作如下改进：所述钢套箱仅在靠近航道的那一侧上排布有所述的支承液压缸，而钢套箱内部、在与航道相背的那一侧上固定有多个平衡液压缸，每个平衡液压缸也充满了液压介质并通过液压管路与所述液压站相连通，支承液压缸和平衡液压缸的缸体截面积相等，且支承液压缸和平衡液压缸一起以桥墩为中心对称分布，同时，所述钢套箱的内侧与桥墩表面之间留有空间，在该空间内安装有多个与所述的每个支承液压缸和平衡液压缸的位置相一一对应的浮动液压缸，每个浮动液压缸也充满了液压介质并通过液压管路与液压站相连通，每个浮动液压缸的缸体与钢套箱固定，而浮动液压缸的活塞杆头部与桥墩表面相抵。如此，每一浮动液压缸地缸体与每个支承液压缸或平衡液压缸的缸体底部一一对应，而浮动液压缸的活塞杆头部可在桥墩表面上滑动，当钢套箱随着水面相对桥墩上下浮动时，浮动液压缸也可与支承液压缸、平衡液压缸一起相对桥墩浮动，而当有船舶撞击桥墩表面的支承液压缸时，浮动液压缸受力而与桥墩表面紧抵，桥墩表面所受的合力为零，也使整体钢套箱不能过分移动，从而使意外发生时，钢套箱不直接受冲击力，对钢套箱具有一定的制动作用。
优选地，所述浮动液压缸的活塞杆伸出长度为可调的，以调整活塞杆头部与桥墩之间的间隙，使两者达到较好的配合。
为了改善上述浮动液压缸与桥墩表面的接触力和增大接触面积，所述浮动液压缸的活塞杆头部还可以设置有法兰状的衬垫。
上述实现钢套箱浮动的方式是通过增设系列浮动液压缸，实现钢套箱浮动也可以利用支承液压缸本身来实现，即，所述钢套箱的内侧与桥墩表面之间可以留有间距，所述多个支承液压缸依次沿所述钢套箱的周向分布排列成一圈而在所述的桥墩外围形成辐射状结构，每个支承液压缸是一双出杆复合缸，双出杆复合缸的第一活塞杆头部外露于钢套箱外表面、第二活塞杆头部与桥墩表面相抵，如此，双出杆复合缸的第二活塞杆头部能在桥墩表面上滑动，当钢套箱随着水面相对桥墩上下浮动时，支承液压缸可与钢套箱一起相对桥墩浮动，同样，碰撞意外发生时，桥墩表面所受的合力为零，钢套箱不直接受冲击力，对钢套箱具有一定的制动作用。
为加强支承液压缸之间的平衡性，可以用一绳索连接在每个支承液压缸的活塞杆头部上，通过该绳索而将所有液压缸的活塞杆头部连接起来，使其中一个或几个液压缸的活塞杆受到撞击而动作时，相邻液压缸的活塞杆也受到牵连，会跟着发生联动动作，使整体液压缸的均衡受力，同时也使肇事船舶碰撞支承液压缸后归正，该绳索可以是普通的绳缆，也可以是钢索、钢带、网、链等等。该绳索连接钢套箱四周的每个支承液压缸的活塞杆特别是而围成一个坚韧的柔性箍，柔性箍有约束支承液压缸的作用，进而通过浮动液压缸及平衡液压缸对钢套箱或对桥墩具有均衡力的作用。
为加大对桥墩表面的防护面积，所述钢套箱上可以设置上下多层支承液压缸，每一层支承液压缸的活塞杆头部由一绳索连接。
在桥墩表面设置有支承液压缸的地方就是可以接受船舶擦碰、对桥墩具有保护能力的所在之处，因而，桥墩外侧不在航道之处就无需设置支承液压缸，因此，为减少成本，所述钢套箱表面、在与航道相背的那一侧上可以固定有多个支承件，支承件可以采用金属材料或非金属材质，可以呈滚筒状的，也可以呈半球形的，外围圆滑而不易与船舶刮擦。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在钢套箱上设置诸多支承液压缸，使肇事船舶撞向桥墩表面时，肇事船舶先碰撞在一个或几个支承液压缸的活塞杆头部，活塞杆继而压缩支承液压缸，通过液压传动使液压系统的压力升高，液压站蓄能，如此，肇事船舶所带的动能就被吸收并转换为液压能储蓄起来，肇事船舶的航速迅速减小，动能减少，在实际应用时，液压站的蓄能大小参数可以根据桥墩实际需要的防撞参数来设置，在抗冲击能力方面不受限制，而桥墩所受的合力趋向于零，达到对桥墩的保护作用，与现有技术相比，大幅增强了桥墩的抗冲击能力；
并且，肇事船舶脱离装置后，支承液压缸的活塞杆又会恢复到原位，重新承担起抗外力冲击的作用，不易撞坏，本发明的安全防护装置经久耐用，无需更换，使用寿命长，便于维护和修理；
同时，通过在钢套箱与桥墩之间增设系列浮动液压缸而实现钢套箱浮动，使桥墩的安全防护装置始终漂浮于水面，以较小的垂向构造尺度，给予桥墩大范围的保护能力，特别适用于水位落差大的航道中的桥墩防护；
由于各个支承液压缸和平衡液压缸封闭连通，且所有支承液压缸和平衡液压缸对称分布、缸体截面积相等，由帕斯卡定律可知，封闭容器内的静止液体压力相等，均衡排布且缸径相等的液压缸对桥墩综合作用的合力为零，保证了桥墩的安全。
本发明的安全防护装置同样可以运用于道路护栏等需要防撞的公用设施之上，而对道路两旁的护栏和一些公用设施进行保护。
【附图说明】
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明实施例一中液压系统的管路连接图；
图4为本发明实施例二的结构示意图；
图5为本发明实施例三的结构示意图；
图6为本发明实施例四的结构示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
如图1、图2和图3所示，该桥墩的安全防护装置，包括设置在桥墩1外围的钢套箱2和一固定在钢套箱2上的液压站7；
所述钢套箱2上分布有上下多层支承液压缸，每一层支承液压缸包括多个支承液压缸3而在桥墩外围围成一圈，在本实施例中，共设置有四层，参见图2所示，而图1中表示了其中一层支承液压缸的分布，其中，每个支承液压缸3的缸体31固定在钢套箱2上，每个支承液压缸3的活塞杆32头部都露于钢套箱2外表面之外，每一层支承液压缸的活塞杆32头部都由一根绳索4连接起来，通过一根绳索4而对同一层的支承液压缸3的活塞杆32起到联动作用；
并且，每个支承液压缸3的无杆腔通过液压管路(未在图中示出)与所述液压站7相连通，参见图3，所有支承液压缸3、液压管路和液压站7中均充满了液压油而形成一个封闭的液压系统S，在本实施例中，液压站7安装在钢套箱2顶部的安全部位。
实施例二：
如图4所示，为本发明实施例二，与实施例一的区别点在于：所述钢套箱2上仅在靠近航道的那一侧上排布多层支承液压缸，钢套箱2上在背离航道的那一侧上每一层只分布三个支承液压缸3，在钢套箱2表面、与航道相背的那一侧上还固定有多个支承件5，在本实施例中，支承件5为半球形的铸造件，每一层共设置四个。
实施例三：
如图5所示，为本发明实施例三，与实施例一的区别点在于：所述多个支承液压缸3依次沿所述钢套箱2的周向分布排列成一圈而在桥墩1外围形成辐射状结构，所述钢套箱2的内侧与桥墩1表面之间留有空间，在该空间内安装有多个与所述的每个支承液压缸3位置相一一对应的浮动液压缸6，同一层的支承液压缸3和浮动液压缸6分别以桥墩1为中心对称分布，各浮动液压缸6的缸体61与钢套箱2固定，而各浮动液压缸6的活塞杆62头部通过法兰状的衬垫63与桥墩1表面间接相抵，该设置在浮动液压缸6的活塞杆62头部与桥墩1表面之间的衬垫63是为了改善该活塞杆62头部与桥墩1表面的接触和增大接触面积，浮动液压缸6的活塞杆62伸出长度可调，以调整活塞杆62头部与桥墩1之间的间隙。
在本实施例中，各浮动液压缸6也充满了液压油并通过液压管路与液压站7相连通，由此，所有支承液压缸3、浮动液压缸6、液压管路和液压站7中均充满了液压油而形成一个封闭的液压系统S，由于各个支承液压缸3和各个浮动液压缸6之间封闭连通，且所有支承液压缸3和浮动液压缸6对称分布、缸体截面积相等，由帕斯卡定律可知，封闭容器内的静止液体压力相等，均衡排布且缸径相等的液压缸对桥墩1产生作用的合力为零，保证了桥墩1的安全。
实施例四：
如图6所示，为本发明实施例四，与实施例三的区别点在于：所述钢套箱2上仅在靠近航道的那一侧上排布多层支承液压缸，而钢套箱2内部、在与航道相背的那一侧上固定有多个平衡液压缸8，每个平衡液压缸8也充满了液压油并通过液压管路与所述液压站7相连通，支承液压缸3和平衡液压缸8的缸体截面积相等，同一层的支承液压缸3和平衡液压缸8一起以桥墩1为中心对称分布；
每个浮动液压缸6就与平衡液压缸8或支承液压缸3的缸体底部的位置相对应，同一层的浮动液压缸6以桥墩1为中心对称分布；
并且，钢套箱2表面、在与航道相背的那一侧上还固定有多个支承件5，在本实施例中，支承件5为半球形的铸造件，每一层共设置六个。
在本实施例中，所有支承液压缸3、平衡液压缸8、浮动液压缸6、液压管路和液压站7中均充满了液压油而形成一个封闭的液压系统S，由于各个支承液压缸3和平衡液压缸8封闭连通，且所有支承液压缸3及平衡液压缸8和浮动液压缸6对称分布、缸体截面积相等，由帕斯卡定律可知，封闭容器内的静止液体压力相等，均衡排布且缸径相等的液压缸对桥墩1产生作用的合力为零，保证了桥墩1的安全。