桥梁防撞预判保护系统的制作方法

本发明涉及桥梁监测，特别涉及一种桥梁主动式防船撞预警与保护装置。

背景技术：

1、随着内陆水运的快速发展，很多跨越河流的桥梁正在大规模的建设，但是其中能满足航道通航标准的桥梁只占30％，哪些不满足航道通航标准的桥梁给船舶安全航行带来困难，再加上船舶航行过程中因操作上的失误或信息的不对称等因素，容易发生船撞事故，船舶撞击水中桥墩不仅容易造成船舶损毁的事故，而且在一定程度上对桥墩造成结构性的受损，影响桥墩的耐久性及承载力，若桥墩损毁程度较大时，还会引起上部结构的安全性，因此水中桥墩的防护是非常有必要的。

2、公开号为cn117166349a的专利文件公开了一种保护水中桥墩被撞的装置及其制作方法，包括环形缓冲保护部、用于固定环形缓冲保护部的钢绞线，所述环形缓冲保护部包括环形uhpc防撞骨架和气囊，气囊塞入uhpc防撞骨架内部的中空结构，以便于uhpc防撞骨架能够在水中随着水位的变化而上下浮动。

3、但是上述方案中，环形缓冲保护部通过气囊环绕着桥墩，悬浮在航道中，对于桥墩之间的航道比较狭窄的桥梁来说，环形缓冲保护部漂浮在桥墩周围无疑会抢占航道通行面积，进一步引发通航困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供桥梁防撞预判保护系统，以解决上述技术问题。

2、本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

3、桥梁防撞预判保护系统，包括桥墩，还包括有微型处理器系统、测距系统、测速系统、缓冲保护部，以及悬挂装置；所述悬挂装置设置在桥墩上端，还设置有电动挂钩，缓冲保护部通过电动挂钩，锁在悬挂装置上，进而悬挂于桥墩上端；所述缓冲保护部与桥墩间采用可滑动的连接结构；微型处理器系统设置有测距信号输入端和测速信号输入端，还设置有控制信号输出端；测距系统设置有测距信号输出端，测距信号输出端联通测距信号输入端；测速系统设置有测速信号输出端，测速信号输出端联通测速信号输入端；电动挂钩设置有控制开合的控制信号输入端，控制信号输出端联通控制信号输入端；在测距系统测定到距离小于某设定数值s米，且测速系统测定到速度大于另一设定参数v米/秒时，微型处理器系统输出控制信号触发电动挂钩。

4、有些船运航道本身并不宽敞，特别是桥墩之间的航道比较狭窄，因此如果保护桥墩的缓冲保护部设置漂浮在桥墩周围，必将对航运航道造成堵塞。本发明采取的技术解决方案是将缓冲保护部悬挂在桥墩上端，如此可以不占用桥墩之间航道的通航面积。本发明设置有测距系统主动探测过航船舶，如果微型处理器系统检测到船舶距离桥墩达到危险距离，再通过测速系统对临近船舶做测速，如果临近船舶的速度过高，则微型处理器系统输出控制信号给电动挂钩的控制信号输入端，电动挂钩释放缓冲保护部，缓冲保护部在重力作用下，在1～1.4秒时间内通过桥墩上的滑动连接结构准确的下降并抵达在桥墩和船舶之间，抵消船舶对桥墩的撞击力，保护桥墩和船舶的安全，减少撞击损伤。

5、进一步地，所述缓冲保护部包括有uhpc防撞骨架，所述uhpc防撞骨架采用uhpc材料构成的网格状部件，面向迎撞侧的网格状部件称之为前置部，朝向桥墩侧的网格状部件称之为后置部，前置部和后置部之间填充有吸能缓冲体；前置部前还固定设置有内部可注入非牛顿流体填充物的吸能囊体；吸能囊体前还设置有橡胶体；橡胶体、吸能囊体、前置部、吸能缓冲体和后置部依次排列，通过捆缚钢绞线张拉紧缚，而形成的复合体安置在一浮筒上；所述浮筒为横截面为半圆形，内部密闭以提供浮力的中空腔体。

6、本发明中，uhpc防撞骨架是缓冲保护部的核心部件，uhpc是超高性能混凝土的简称，uhpc是现有混凝土技术中强度性能优秀的材料，其抗压强度是传统混凝土强度的四倍，用于制造防撞骨架，可以在船舶的撞击中不散架，继续协同其它变形吸能结构，对撞击过程保持后续的吸能缓冲。

7、uhpc防撞骨架在竖向高度的尺寸，需要根据通航航道等级、水下深度综合考虑，原则上uhpc防撞骨架的竖向高度应满足船舶能撞击在uhpc骨架上。

8、uhpc防撞骨架在结构上采用网格状的预制件，在保证支撑结构的情况下，减轻缓冲保护部的整体重量，可以长时间被悬挂在桥墩上端。

9、非牛顿流体具有遇强则强的特性，因为这类流体的剪应力与其剪切应变率之间的关系并不是线性的，当非牛顿流体填充在吸能囊体中后，在船舶和缓冲保护部相撞的一瞬间，非牛顿流体会变成钢铁一般坚硬，在碰撞一瞬间之后，船舶在惯性下持续挤压时，非牛顿流体又体现出流体的柔软特征，缓冲保护部进入变形和缓冲吸能过程，不至于对船舶造成损伤。

10、橡胶体设置在吸能囊体前，位于迎撞第一序列位置，主要是利用橡胶体的缓冲特性，一方面是缓冲撞击力，另一方面是对吸能囊体起一个保护作用。

11、缓冲保护部的最下方设置有浮筒，浮筒的作用是提供浮力，在缓冲保护部入水后，能让缓冲保护部悬浮在水面，抵挡船舶对桥墩的撞击。

12、进一步地，所述吸能囊体采用防腐防水材料，其上下端分别设置有非牛顿流体流入的流体入口阀和非牛顿流体排走的流体出口阀；非牛顿流体物质在吸能囊体内的填充量为80％～85％，吸能囊体抽真空后关闭流体入口阀。

13、囊体里的非牛顿流体物质如果填充过满，在受到撞击的瞬间过高的压力会破坏囊体，造成流体散失，反而起不到缓冲作用；但填充量过低时，非牛顿流体沉积在囊体下方，覆盖不到撞击点，无法起到缓冲作用。只有在填充量为80％～85％时，则可以保证吸能囊体能起到缓冲吸能，又不会爆体。

14、进一步地，桥墩上设置有带吊轨的钢板；后置部通过阻尼器连接到钢板；所述阻尼器包括有活塞和气缸，在气缸一侧还设置有可滚动的滑轮；后置部通过活塞连接阻尼器，阻尼器通过滑轮连接在吊轨里。

15、钢板上的吊轨是一种回字形的导轨，滑轮可以在导轨里上下移动，但不能脱离导轨，因此后置部通过阻尼器和带吊轨的钢板形成一种滑动连接结构，缓冲保护部受吊轨限制，在电动挂钩释放时，缓冲保护部沿吊轨下落，准确的出现在桥墩被撞击的地方。

16、阻尼器具有的阻尼特性，在受到撞击回缩时具有缓冲作用，多个阻尼器共同作用，可以抵消船舶对桥墩的部分撞击力。

17、进一步地，所述缓冲保护部包括有至少2个缓冲滚筒以及连接缓冲滚筒的安装支架；所述缓冲滚筒包括有转轴和筒体，转轴的长度方向与桥墩的长度方向同向设置；转轴可转动的设置在筒体轴心位置，转轴两端伸出筒体，伸出筒体的转轴连接在安装支架；所述筒体为具有缓冲结构的滚筒；相邻的两个缓冲滚筒的筒体之间的间距小于0.2m。

18、这是缓冲保护部另一种实现方式，缓冲保护部采用滚筒形式，当船舶撞击到缓冲保护部时，缓冲保护部上设置的缓冲滚筒沿转轴转动，带动船舶偏移向相邻的缓冲滚筒，重复这一过程，相邻的缓冲滚筒接力对船舶持续偏移引导，直到将船舶引导纠正回正常的航道。

19、进一步地，所述缓冲结构包括有阻尼橡胶材料。

20、阻尼橡胶是一种量产的橡胶制品，具有优异的减震性能，在船舶撞击过程中可以变形卸力，并通过沿转轴转动，将船舶的前进方向转动推向下一个缓冲滚筒。

21、进一步地，还包括有限制缓冲保护部下落行程的行程限制机构；所述行程限制机构，包括有钢索和穿过钢索并滑行在钢索上的行程定位器；所述行程定位器设置有可漂浮在水面上的中空密闭结构，内部设置有针对钢索通过的加力限制器机构；所述加力限制器机构是一种钢索相对加力限制器通过速度过大时会被限制通过的机构；还包括有引导钢索活动的导环，导环的口径大于钢索外径，小于行程定位器的外径；第一导环安装在桥墩上端，称之为行程阻挡环；第二导环安装在桥墩水位下方，称之为钢索转回环；钢索一端连接后置部上端；钢索另一端穿过行程阻挡环、行程定位器、钢索转回环后，连接后置部下端。

22、钢索的作用是牵制缓冲保护部下滑，在水面上设置一个可以随水面漂浮的行程定位器，在行程定位器内设置有动力限制器，动力限制器是现有技术，类似汽车中的安全带动力限制器，当缓冲保护部做自由落体下滑时，会联动带着钢索以相对较快的速度通过动力限制器，此时会触发动力限制器，行程定位器里的动力限制器锁紧钢索，钢索带着行程定位器一起移动。当行程定位器抵达行程阻挡环时，行程定位器被行程阻挡环拦阻，进而钢索停顿拉紧缓冲保护部，阻止缓冲保护部继续下滑，停留在预先设定好的位置，在撞击事故中起到保护船舶和桥墩的作用。

23、进一步地，还包括有给测距系统、测速系统、微型处理器系统和电动挂钩提供电源供应的光伏储能系统，光伏储能系统设置在桥墩上端。

24、本发明采用成熟的光伏储能系统给测距系统、测速系统、微型处理器系统和电动挂钩提供工作电能，使得本发明在部署方面对外置电源的依赖性降低，提高的部署的灵活性。

25、进一步地，还包括微型处理器系统控制逻辑：

26、步骤s1：微型处理器系统读取测距系统输出的距离数据s米，读取测速系统输出的速度数据v米/秒；

27、步骤s2：判断距离s是否小于s1，满足条件则再判断船舶速度v是否大于v1，满足条件则微型处理器系统输出控制信号触发电动挂钩；

28、步骤s3：使用判断距离参数s2、判断速度参数v2重复步骤s2；

29、步骤s4：使用判断距离参数s3、判断速度参数v3重复步骤s2。

30、进一步优选，所述判断距离参数，s1为4.5～5.5米，s2为9.5～10.5米，s3为14.5～15.5米；所述判断速度参数，v1为1～1.5米/秒，v2为3～4米/秒，v3为6～7米/秒。

31、本发明中，微型处理器判断船舶是否将撞击桥墩，以及撞击危害轻重的判断逻辑是通过距离和航行速度两个要素来进行的，距离的判定设置三个范围，分别是近距离、中距离和远距离，优先判断近距离的情况，其次是考虑中距离，最后判断远距离的情况。

32、当船舶和桥墩处于近距离时，船舶稍有些航速，撞击桥墩也会造成极大的损伤，因此此时能造成损伤的船速阈值是很低的，超过这个近距离航速阈值，微型处理器系统将会输出控制信号触发电动挂钩，释放吸能保护部。

33、当船舶和桥墩处于中距离时，由于相距距离内船舶可以减速航行，因此此时能造成损伤的中距离航速阈值可以设定的比近距离航速阈值高，超过中距离航速阈值，微型处理器系统将会输出控制信号触发电动挂钩，释放吸能保护部。

34、基于同样的逻辑，远距离航速阈值必定设置的高于中距离航速阈值，当远距离的船舶的航速超过远距离航速阈值时，微型处理器系统将会输出控制信号触发电动挂钩，释放吸能保护部。

35、本发明通过在桥墩上设置悬挂装置将缓冲保护部悬挂在桥墩上，其有益效果是缓冲保护部平时不占用航道面积，有利于船舶正常通行的畅通和通行效率；采用微型处理器系统通过测距系统和测速系统对过航船舶进行检测，在检测到船舶临近桥墩，且船舶的航速在该距离时超过了该距离应有的航速阈值，则微型处理器输出控制信号给电动挂钩及时释放缓冲保护部对桥墩做防撞保护，其有益效果还包括，本发明的缓冲保护部，通过橡胶体、吸能囊体、防撞骨架、吸能缓冲体以及阻尼器等五重保护，能够有效的缓冲船舶对水中桥墩的撞击力，吸能缓冲机制既保护了桥墩，也减轻了船舶受到的损伤。