一种用水的桥梁拉索抗火装置及方法

本发明涉及桥梁缆索防火，特别是涉及一种用水的桥梁拉索抗火装置及方法。

背景技术：

1、随着交通的发展和科技的进步，斜拉桥、悬索桥等结构形式成为跨越河流、沟谷的有效方式。斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系，即主要由索塔、主梁、斜拉索组成，其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。桥梁缆索对桥梁起到了支撑和加固的作用，是索类桥梁最关键的受力构件之一。

2、根据统计规律，燃油车的事故发生概率为0.01％-0.02％，交通火灾大约每行车1000万公里平均发生0.5-1.5次。车辆保有量的增加(2022年度已突破4亿辆)，增大了数据样本数量，同时，缆索桥梁作为交通的咽喉工程，交通量逐年增加，据统计，部分缆索桥梁单日最大交通量超过10万辆。基于大数据样本的概率统计，缆索桥梁发生火灾事故几乎成为必然。

3、火灾发生后的高温将对整个桥梁结构尤其是其上的拉索造成极大的破坏。特别是油罐车发生火灾时其燃烧速度快，火焰温度高，辐射力强，火焰中心的温度可达1400℃，一方面导致拉索钢丝的弹性模量和强度大幅度下降，另一方面使得拉索的内部应力出现重分布，进而在火灾中更加容易被拉断，若没有及时采取救援措施，致使火灾温度持续升高，斜拉桥将会发生局部或者整体的破坏。工程实践表明，钢材虽有良好的力学性能与使用前景，但是其耐火性能较差，一般缆索受热温度低于300℃时，其抗拉强度才不会受温度产生明显影响。400℃高温下，钢材力学性能将迅速下降，600℃高温下，钢材的弹性模量将下降到常温下的一半。以钢结构为主要受力构件的桥梁在火灾下很容易产生变形甚至坍塌。桥梁缆索受热至一定温度后强度和硬度大幅度衰减，塑性明显增大，造成揽索变形，甚至造成桥体垮塌，桥梁缆索一旦失效破坏将会引发多重灾难，造成非常惨重的安全事故和经济损失。

4、从大桥通行车辆发生火灾到消防人员赶至现场至少需要10min以上的时间，因此有必要对缆索进行防火保护。现有拉索防护致力于防腐、震动等方面，或者只对拉索的结构做简单的改变，如中国专利cn207259963u公开了一种防火拉索，包括拉索、内衬套、防火层和外衬套，在其内衬套与外衬套间设有防火层；所述防火层是填充型防火材料或防火涂料中的一种，该拉索仅具有被动防火功能，且拉索截面面积的增大会引起较大的风荷载及拉索振动，当发生重大火灾时防护效力有限，当发生在偏远地区或者灭火不及时，可能造成重大生命财产损失。鉴于此，需要设计一种用于已建桥梁拉索保护的防火器材，作为已建桥梁上增配的防火措施，便于火灾现场人员对桥梁拉索进行及时的防火保护，降低突发火灾对桥梁拉索引起的损害。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中桥梁拉索的防火工作仍须改善的问题，提供一种结构合理、防火效果好、可靠性高的用水的桥梁拉索抗火装置及方法。

2、本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用水的桥梁拉索抗火装置：包含多个沿拉索相连的抗火单元；所述抗火单元主体的横断面呈c形，从拉索的下方环绕拉索下半环面；所述抗火单元上设有上跨拉索的横向固定件；所述抗火单元沿拉索轴向的两端有配套的水连接件；所述抗火单元含有集水箱，集水箱和拉索间有与二者均接触的软质的吸水棉层；所述抗火单元的侧面有向拉索上表面喷水的喷水孔。

3、优选地，所述喷水孔位于集水箱的两侧的上表面，喷水孔的孔口朝向拉索侧。

4、优选地，所述抗火单元还包含连接于集水箱远离拉索侧的吸热水箱，吸热水箱和集水箱通过多个支柱分隔，并有连通导管相连通。

5、优选地，所述吸热水箱沿拉索的两侧边设有开孔，所述开孔连接有喷水组件，所述喷水组件的喷嘴的开口朝向拉索侧。

6、优选地，所述喷水组件含有硬质金属外管和定位环形板，定位环形板套接在金属外管一端的内表面，定位环形板上设有多个冷却透孔，该端部固定连接吸热水箱并和其内部连通；金属外管另一端的喷嘴处设有喷嘴温控装置，其含有柔性内管、凸缘、固定夹板、热敏夹板和螺栓，固定夹板固定在喷嘴处，其通过螺栓连接热敏夹板，固定夹板和热敏夹板之间夹持柔性内管的出水端，柔性内管的进水端通过凸缘套接在定位环形板内；所述固定夹板或热敏夹板相对的内侧面上设有弧形补偿体，弧形补偿体位于挤压后柔性内管的中部。

7、优选地，所述集水箱的内侧面上设有多行的蓄水隔板，蓄水隔板为弧形板并将吸水层隔开，蓄水隔板上设有多个隔板透孔；蓄水隔板为弧形折板，每个蓄水隔板下凹的中部为最低处，上扬的两端为最高处，最低处和最高处之间的蓄水隔板上设有多个隔板透孔；所述蓄水隔板的一侧设有多行的蓄水棉条，其中蓄水棉条和蓄水隔板贴合连接，或蓄水棉条套接在蓄水隔板的外侧。

8、优选地，所述水连接件含有凸接头、凹接头和密封环，其中凸接头位于集水箱的下端面，凹接头位于集水箱的上端面，凸接头的外环面设有密封环；集水箱上设有连接管连接两端的水连接件。

9、优选地，所述连接管上设有水阀，连接管上远离水阀与集水箱的两端分别连接直通管的两端，直通管位于集水箱和吸热水箱之间的空隙内，水阀的控制转轴伸出吸热水箱的外侧面后垂直连接控制手柄，相邻抗火单元的两吸热水箱之间的连接处设有延伸遮板。

10、一种使用上述用水的桥梁拉索抗火装置的使用方法，含有以下步骤，

11、步骤1、平常状态，对斜拉桥上各个拉索，将多个抗火单元连接在拉索底部，扣上固定件，通过水连接件串联多个抗火单元，封堵最上端抗火单元顶端的凹接头；调整抗火单元的朝向，使其主体朝向所在桥面来车方向，作为拉索的防车撞装置；

12、步骤2、桥面发生火灾，调松遭受火灾的拉索上已有抗火单元的固定件，使抗火单元的主体位于拉索下方，打开抗火单元的水阀；从相邻拉索上卸除抗火单元；沿着遭受火灾的拉索向上推已安装的抗火单元，安装从其它拉索上卸下的抗火单元，打开抗火单元的水阀；估计上方已安装抗火单元的长度大于拉索受灾长度，关闭后续抗火单元的水阀；直到上端的抗火单元被顶推到预定高度，隔离火焰和拉索；

13、步骤3、在拉索的底部，有连接水管与沿主梁布设的主水管相连；将连接水管与最底端的抗火单元的下端的凸接头连接；打开连接水管上的水阀，给串联后的多个抗火单元供水；部分水经过集水箱后，从喷水孔喷出，水洒落在拉索上表面，其中一部分蒸发掉，一部分从上表面向下流，进入吸水层；吸水层内的水浸泡到与其相对的拉索的下表面，并缓慢沿吸水层下流；或者进入吸水层、与其上的蓄水隔板和蓄水棉条间，蓄水隔板间存留的水浸泡到与其相对的拉索的下表面，并缓慢流下；当火苗与拉索水平方向间隔1米以上，并没有火苗直接炙烤时，喷嘴温控装置中的热敏夹板根据金属外管内流出的温度不高的水，轻微控制柔性内管末端的开口程度，使其喷出少量水流，同时金属外管和柔性内管之间的空隙内也会喷出少量的水流，一部分蒸发掉，一部分从上表面流向其下表面；当火苗与拉索在竖直方向向间隔小于1米，或者火苗直接炙烤拉索的情况下，喷嘴温控装置中热敏夹板根据金属外管内流出的温升较高的水，控制柔性内管末端的开口程度，使其喷出较强较宽的水流，同时金属外管和柔性内管之间的空隙内也会喷出少量的水流，一部分蒸发掉，一部分从上表面流向其下表面；

14、步骤4、大火熄灭后，关闭连接水管上的水阀，断开连接水管,抗火单元内的水通过重力自流；从下端开始逐个拆除添加的抗火单元，通过解开固定件将抗火单元之间的水连接件拆开；将摘下的抗火单元安装回其原先所在的拉索上。

15、与现有技术相比，本发明用水的桥梁拉索抗火装置及方法具有以下优点：

16、1、抗火单元从拉索的下部为拉索提供遮挡，并用水降温，其中拉索的上表面通过喷水降温，实现高效抗火。

17、2、利用分隔降温部件间的空隙，增大抗火单元的降温表面积，并通过导管能够最大程度实现吸热水箱和集水箱之间的温度隔离，增大两者内部水流在抗火过程中的温差。对桥梁拉索进行防火保护，本发明中的装置有效地增加了抗火效果，降低突发火灾对桥梁拉索引起的损害。

18、3、靠近拉索的隔板透孔开口的大小和位置，能延缓水流在蓄水隔板之间的流速和存储状态，达到尽可能多地在拉索下表面聚集足够的冷水，并能保证水具有较长的滞留时间；通过蓄水隔板和/或蓄水棉条和/或吸水层能够延缓水在拉索下表面的流动速度，改变水路的流动区域，积聚后慢速流动的水更容易增加其与拉索下表面的接触面积，在拉索下侧面进一步起到可靠的接触式降温。

19、4、喷水组件能够对拉索上表面实现喷洒降温，通过端部的喷嘴温控装置，依据拉索左右两侧或上侧处的温度高低产生不同的温控形变，从而控制柔性内管喷嘴处的喷洒量和喷洒覆盖形式，从而较为准确地增强拉索上表面的冷却面积和速度。

20、5、热敏夹板受热后形成定向的形变，使其相对固定夹板鼓起来，降低两者之间对柔性内管末端开口处的夹紧程度，则柔性内管末端的开口程度变大跟随着喷水量也变大，根据拉索周围温升程度自动调节出水量。

21、6、对于离火较远的抗火单元，通过关闭水阀，节约水源，保证有限的水资源用到真正需要的部位，提高用水效率。

22、7、抗火装置可实现标准化、模块化，并可保证现场单人快速装配，实现对拉索的及时防护，且操作简单。

23、8、抗火装置在平时可用作拉索的防车撞装置，具有多种用途。

24、附图说明

25、图1是本发明的使用场景示意图；

26、图2是本发明和拉索配合安装后的横断面示意图之一；

27、图3是本发明和拉索配合安装后的横断面示意图之二；

28、图4是本发明和拉索配合安装后的横断面示意图之三；

29、图5是本发明图4中标号a处的结构示意图；

30、图6是本发明中分段式冷却装置的俯视结构示意图；

31、图7是本发明中直通管和集水箱的仰视结构示意图；

32、图8是本发明中直通管和集水箱的侧视结构示意图；

33、图9是本发明图8中标号b处的侧视结构示意图；

34、图10是本发明图9中标号c-c’处的简略化剖面结构示意图；

35、图11是本发明图9中标号c-c’处的剖面结构示意图；

36、图12是本发明中蓄水隔板和蓄水棉条的侧视结构示意图之一；

37、图13是本发明图12中d-d’处的剖面结构示意图；

38、图14是本发明中蓄水隔板和蓄水棉条的侧视结构示意图之二；

39、图15是本发明图14中e-e’处的剖面结构示意图；

40、图16是本发明中蓄水隔板和蓄水棉条的俯视结构示意图之一；

41、图17是本发明中蓄水隔板和蓄水棉条的俯视结构示意图之二；

42、图18是本发明中吸水棉的侧视结构示意图；

43、图19是本发明中喷嘴温控装置处的结构示意图；

44、图20是本发明图19中f-f’处的剖面结构示意图；

45、图21是本发明图20中标号g处的结构示意图之一；

46、图22是本发明图20中标号g处的结构示意图之二；

47、图23是本发明中热敏夹板的侧视结构示意图；

48、图24是本发明中热敏夹板的俯视结构示意图。