本發明涉及建筑材料技術領域,具體為一種緩沖吸能防撞復合結構材料及其制備工藝。
背景技術:
山區峽谷和內陸跨線橋的橋墩柱存在受運動物體(如滾石、汽車)撞擊而失去承載的危險,為了防止撞擊,目前大部分橋墩柱設計是加厚混凝土、或在橋柱周圍做混凝土墩臺、或在橋柱體加裝鋼套筒來抗擊運動物體的撞擊。
混凝土和鋼套筒是剛性材料,當橋墩柱受到撞擊時靠自身塑性變形來保護橋柱,不能吸收撞擊能量,防撞能力有限,往往橋墩柱容易受到破壞。
技術實現要素:
本發明的目的在于提供一種緩沖吸能防撞復合結構材料及其制備工藝,可設計適用于山區、城市、河道等的跨線橋橋墩柱防撞擊或者其他需要防撞擊保護的工程設計,以解決上述背景技術中提出的防撞擊材料不能吸收撞擊能量、緩沖沖擊動能、不能有效保護橋墩柱的不足等問題。
為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:一種緩沖吸能防撞復合結構材料,包括以下四種材料:兩塊5mm厚的鋼板、支撐圓鋼筋、聚氨酯泡沫和橡膠柱,支撐圓鋼筋、聚氨酯泡沫和橡膠柱設置在兩塊5mm厚的鋼板之間,且支撐圓鋼筋和橡膠柱通過設置在兩塊5mm厚的鋼板之間形成復合材料的結構骨架。
優選的,復合結構材料中的支撐圓鋼筋與兩塊5mm厚的鋼板之間的連接方式為固定焊接。
優選的,復合結構材料中的橡膠柱與兩塊5mm厚的鋼板之間采用萬能膠水粘合固定。
優選的,所述聚氨酯泡沫在復合材料的結構骨架內按空間密度要求通過加壓注滿。
優選的,所述鋼板和支撐圓鋼筋屬于復合結構中的剛性材料。
優選的,所述聚氨酯泡沫和橡膠柱屬于復合結構中的柔性材料,并能通過自身彈性變形吸收能量。
優選的,復合結構尺寸可根據防撞保護體的外形尺寸設計加工,復合結構的厚度可根據保護體的防撞強度要求設定。
優選的,復合結構材料可設計為環狀結構,通過兩塊環狀的復合結構材料包裹于被保護的橋墩的外壁,在兩塊環狀的復合結構材料的連接端采用六角螺栓進行固定。
為實現上述目的,本發明提供另一種技術方案:一種緩沖吸能防撞復合結構材料的制備工藝,包括以下步驟:
s1:將兩塊5mm厚的鋼板作為基準面板材料,并將12mm厚的支撐圓鋼筋折彎成波紋形狀多排間隔布置在兩塊5mm厚的鋼板之間;
s2:將橡膠柱呈梅花間隔布置在支撐圓鋼筋和鋼板形成的空腔內,組成復合材料的結構骨架;
s3:將聚氨酯泡沫按空間密度要求通過加壓注滿在s2中形成的結構骨架中,組成復合結構材料整體。
與現有技術相比,本發明的有益效果是:本緩沖吸能防撞復合結構材料及其制備工藝,可設計適用于山區、城市、河道等的跨線橋橋墩柱防撞擊或者其他需要防撞擊保護的工程設計,其加工制作工藝簡單,適應性強,具體防撞復合結構尺寸根據具體防撞保護體的外形尺寸來設計加工,其中復合結構的厚度可根據保護體的防撞強度要求來設定,使得該材料具有比承載能力高、延性和吸能特性顯著、抗撞擊能力強的特點,能夠吸收大部分撞擊能量,起到緩沖撞擊力度和保護橋墩柱的作用,降低橋墩柱的損壞程度,降低維護成本和提高橋墩柱的承載壽命。
附圖說明
圖1為本發明整體結構俯視圖;
圖2為本發明整體結構正視圖;
圖3為本發明整體結構側視圖。
圖中:1鋼板、2支撐圓鋼筋、3橡膠柱、4聚氨酯泡沫。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
請參閱圖1-3,一種緩沖吸能防撞復合結構材料,包括鋼板1、支撐圓鋼筋2、聚氨酯泡沫4和橡膠柱3;鋼板1和支撐圓鋼筋2屬于該復合結構中的剛性材料,它們通過焊接連接使整體結構牢固且有剛度;聚氨酯泡沫4和橡膠柱3屬于該復合結構中的柔性材料,自身具有彈性,并能通過自身彈性變形而吸收能量;該復合結構材料通過設計的兩塊5mm厚的鋼板1作為基準面板材料,并將12mm厚的支撐圓鋼筋2折彎成波紋形狀多排間隔布置在兩塊5mm厚的鋼板1之間,并通過焊接的方式進行固定連接;在兩塊5mm厚的鋼板1之間還設置有橡膠柱3,橡膠柱3呈梅花間隔布置,橡膠柱3與兩塊5mm厚的鋼板1之間采用萬能膠水粘合固定;支撐圓鋼筋2和橡膠柱3通過設置在兩塊5mm厚的鋼板1之間形成該復合材料的結構骨架;在該復合材料的結構骨架中填充有聚氨酯泡沫4,聚氨酯泡沫4在復合材料的結構骨架內按空間密度要求通過加壓注滿,聚氨酯泡沫4與鋼板1、支撐圓鋼筋2和橡膠柱3構成該復合結構材料整體,該復合結構材料可設計為環狀結構,通過兩塊環狀的復合結構材料包裹于被保護的橋墩的外壁,在兩塊環狀的復合結構材料的連接端采用六角螺栓進行固定,該復合結構尺寸可根據防撞保護體的外形尺寸設計加工,復合結構的厚度可根據保護體的防撞強度要求設定。
一種緩沖吸能防撞復合結構材料的制備工藝,包括以下步驟:
第一步:將兩塊5mm厚的鋼板1作為基準面板材料,并將12mm厚的支撐圓鋼筋2折彎成波紋形狀多排間隔布置在兩塊5mm厚的鋼板1之間;
第二步:將橡膠柱3呈梅花間隔布置在支撐圓鋼筋2和鋼板1形成的空腔內,組成復合材料的結構骨架;
第三步:將聚氨酯泡沫4按空間密度要求通過加壓注滿在第二步中形成的結構骨架中,組成復合結構材料整體。
本緩沖吸能防撞復合結構材料及其制備工藝,通過兩塊環狀的復合結構材料包裹于被保護的橋墩的外壁,在兩塊環狀的復合結構材料的連接端采用六角螺栓進行固定,橋墩的上端用于支撐承載臺,應用的鋼板1和支撐圓鋼筋2屬于剛性材料,它們通過焊接連接使整體結構牢固且有剛度,橡膠柱3和聚氨酯泡沫4屬于柔性材料,具有彈性且能通過自身彈性變形而能吸收能量,用剛性材料和柔性材料通過結構復合而成的這種復合結構材料既具有剛度又具有彈性,其比強度高,吸能效果特別顯著;傳統的橋墩柱防撞擊材料是混凝土結構或者鋼套筒結構,沒有加入柔性材料,其強度雖好,但由于缺少柔性材料結構,其緩沖吸能效果極差,在相同的受力條件下,復合材料結構和傳統的混凝土板及鋼套筒相比,其承受的應力強度要小得多,充分說明復合材料結構有良好吸能耗能性能,能大大提高橋墩柱防撞擊的效果。
綜上所述:該緩沖吸能防撞復合結構材料及其制備工藝,可設計,加工制作工藝簡單,適應性強,具體防撞復合結構尺寸根據具體防撞保護體的外形尺寸來設計加工,復合結構的厚度可根據保護體的防撞強度要求來設定;通過系列實驗研究結果表明:該復合結構材料具有比承載能力高、延性和吸能特性顯著、抗撞擊能力強的特點,能夠吸收大部分撞擊能量,起到緩沖撞擊力度和保護橋墩柱的作用,降低橋墩柱的損壞程度,降低維護成本和提高橋墩柱的承載壽命。
以上所述,僅為本發明較佳的具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。