[发明专利]一种分级防船撞装置及设计方法

权利要求书

1.一种分级防船撞装置，其特征在于，包括：

能够自浮的钢浮箱(1)，活动套设于桥墩(100)；

若干能够充放气的气囊(2)，分成两组，分别附着设置于钢浮箱(1)的两个迎撞面；每个气囊(2)的顶部具有处于常闭状态的安全阀(25)；所述安全阀(25)在气囊承载力达到极限承载力时开启；

两块外护板(3)，分别设置于两组气囊(2)的迎撞侧。

2.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述钢浮箱(1)的两个迎撞面设置成尖角结构，所述外护板(3)相应设置成尖角折板，每组气囊(2)排布于对应的尖角结构和尖角折板之间。

3.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述钢浮箱(1)包含钢箱本体(11)、填充于钢箱本体(11)内的轻质吸能材料(12)、以及纵横交错设置于钢箱本体(11)内的横隔板(13)和竖隔板(14)。

4.如权利要求1所述的一种分级防船撞装置，其特征在于：所述气囊(2)为竖直圆筒状，且气囊(2)的顶部还具有充气嘴(24)；所述钢浮箱(1)侧壁外表面具有朝上的钢箱挂钩(15)，所述气囊(2)外表面套设设置悬挂腰带(26)，所述外护板(3)的内表面具有朝下的钢板挂钩(32)，所述钢板挂钩(32)挂设于悬挂腰带(26)，且悬挂腰带(26)挂设于钢箱挂钩(15)。

5.一种权利要求1所述分级防船撞装置的设计方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：根据桥墩(100)所在航道的通航资料，统计通航船舶的质量和通航速度，按照设定规则确定船舶的小典型吨位和大典型吨位，并分别确定小典型吨位船、大典型吨位船的对应航速；

S2：设计单个气囊(2)，根据气囊(2)的初始内压和初始直径，获取单个气囊(2)的承载力与挤压厚度的关系曲线；

S3：根据小典型吨位船的撞击能量完全由单组气囊(2)吸收，确定气囊(2)个数；

S4：设计钢浮箱(1)，获取钢浮箱(1)的刚度，确定钢浮箱的最大允许变形量。

S5：根据大典型吨位船的撞击能量完全由气囊(2)和钢浮箱(1)吸收，确定钢浮箱(1)需要吸收的能量，并结合钢浮箱(1)的刚度和钢浮箱(1)需要吸收的能量计算钢浮箱(1)的实际变形量，判断实际变形量是否大于最大允许变形量，若是，返回S4；若否，结束。

6.如权利要求5所述分级防船撞装置的设计方法，其特征在于，

步骤S1中，所述按照设定规则将船舶吨位划分为小吨位、大吨位，并分别确定小吨位船、大吨位船的吨位和航速，包含：

确认桥墩(100)所在航道级别以及对应最大通航船舶吨位；

大吨位船的典型吨位取值最大通航船舶吨位；

若最大通航船舶吨位大于等于3000吨，小吨位船的典型吨位取值为2000吨；若最大通航船舶吨位小于3000吨，小吨位船的典型吨位取值为最大通航船舶吨位的一半；

所述典型航速取值相应吨位船舶的过桥最大航速。

7.如权利要求5所述分级防船撞装置的设计方法，其特征在于，

步骤S2具体包含：

S21:根据气囊(2)初始内压P₀和气囊(2)初始直径D，计算气囊(2)被撞后在工作厚度H时的工作压力为P_H：

S22:将P_H代入标准公式Q＝P×S×10³(kN)中，其中，Q为气囊承载力，P为气囊内压，S为气囊接触面的侧投影面积；S＝B×L(m²)，B为气囊接触面的正投影宽度，L为气囊长度；得到安全阀(25)工作厚度H的气囊承载力Q_H为：

根据H＝D-h，转换得到在挤压厚度h的气囊承载力Q_h为：

而安全阀(25)开启后的气囊保持恒定承载力，组合得到单个气囊(2)的承载力与挤压厚度的关系曲线。