ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置及方法

技术领域

本发明涉及桥墩撞击防护技术领域，特别是涉及一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置及方法。

背景技术

近年来，随着国民生活水平的不断提高，汽车数量也不断增多。为缓解交通压力且提供便捷出行，交通公路桥的建设进入飞速发展阶段。随之而来，汽车撞击桥墩的交通事故不断增加。车桥相撞不仅造成公共财产的损失，而且对于车内人员的生命安全带来极大的威胁。

目前主要有两类桥墩防撞装置：一种是传统的刚性防护装置，此类装置刚度大，缓冲能力差。虽然提高了桥墩的安全性，但极易于对撞击车辆人员造成严重的生命威胁；另一种是三明治柔性防护装置，此类装置既能保护桥墩又降低车辆损伤保护车内人员安全，已逐渐取代刚性防护装置。但大部分三明治柔性防护装置采用金属作为外部骨架结构，造成防护装置的耐久性不强且建造成本和长期维护费用高。

为此，提出一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置及方法，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，包括若干ECC防护挂板，若干所述ECC防护挂板合围形成一环形腔体，所述环形腔体用于包裹桥墩；

相邻的两所述ECC防护挂板通过连接组件可拆卸连接，所述ECC防护挂板内壁与所述桥墩外壁接触连接；

所述ECC防护挂板内设有柔性纤维废弃物颗粒填充层。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，所述连接组件包括两连接板和若干螺栓，两所述连接板分别设在相邻的两所述ECC防护挂板相对的内壁上，若干所述螺栓贯穿两相邻的所述ECC防护挂板的内壁，并且与两所述连接板螺纹连接。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，所述连接板上开设有若干第一螺纹孔，所述ECC防护挂板的侧壁上开设有与所述第一螺纹孔对应设置的第二螺纹孔，所述第一螺纹孔、所述第二螺纹孔均与所述螺栓螺纹连接。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，所述ECC防护挂板内部一体成型有两ECC肋。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，所述柔性纤维废弃物颗粒填充层包括纤维布袋和填充在所述纤维布袋内的柔性纤维散体颗粒；

所述纤维布袋固定安装在所述ECC防护挂板的内壁上。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，所述柔性纤维散体颗粒包括陶粒、再生混凝土骨料、再生砖渣颗粒；所述陶粒的含量不低于40％；所述再生砖渣颗粒的粒径为0.2mm～8mm。

本发明还提供ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护方法，包括以下步骤：

步骤一、制备ECC防护挂板；

步骤二、将纤维布袋粘接在ECC防护挂板的内壁上，并将纤维布袋底部封口；

步骤三、将柔性纤维散体颗粒填入纤维布袋内，并将纤维布袋顶部封口；

步骤四、清洁桥墩表面，将若干ECC防护挂板与桥墩外壁紧贴；

步骤五、通过连接组件将若干ECC防护挂板组装固定。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护方法，所述步骤一具体包括：

将原料和水加入搅拌机中搅拌；再将有机硅消泡剂、早强型聚羧酸高效减水剂和水加入搅拌机中搅拌；

向搅拌机中加入钢纤维，再向搅拌机中加入水进行搅拌；

浇筑到模具中，振捣；

养护硬化成型。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护方法，所述原料包括水泥、粗骨料、细骨料、石英砂、硅灰、粉煤灰、聚乙烯醇纤维和环氧树脂。

根据本发明提供的一种ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护方法，所述步骤四中，对桥墩表面距离地面1.0m～1.5m高度范围内进行清洁处理。

本发明公开了以下技术效果：

本发明通过若干ECC防护挂板与桥墩外壁贴近，避免了桥墩直接和空气接触，通过若干ECC防护挂板和填充在若干ECC防护挂板内的柔性纤维废弃物颗粒填充层起到对桥墩的保护作用，增强了桥墩的耐久性，具备长期防护桥墩的能力；同时防护装置可对斜撞击桥墩的车辆提供防护，在斜撞击下防护装置发生变形，有效降低了撞击力，实现有效防护。

本发明利用ECC高延性的材料属性和柔性纤维散体颗粒脆性破坏吸能的特点，吸收撞击能量，降低撞击力，可同时保护桥墩和车辆的安全；ECC防护挂板具有良好的强度，高温低温性能，防水性，较强的自愈合能力和控制裂缝宽度的能力，提高了桥墩在变化环境下的耐久性，降低了长期维护防护装置的费用；本发明的柔性纤维废弃物颗粒填充层可实现对建筑垃圾废料的再利用，更加绿色环保、建造费用低，柔性纤维废弃物颗粒填充层的性能稳定，寿命长，保质期与建筑主体寿命基本相同，具备长期防护桥墩的能力，增强了桥墩的耐久性。

本发明中ECC防护挂板通过连接组件可拆卸连接，可以在发生撞击破坏后可进行局部更换受损的ECC防护挂板，提高了防撞装置的材料利用率及撞后可修复性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置的结构示意图；

图2为本发明中填充层的填充示意图；

图3为本发明中ECC防护挂板的结构示意图；

其中，1、ECC防护挂板；2、柔性纤维废弃物颗粒填充层；3、连接板；4、螺栓；5、桥墩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-3，本发明提供ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护装置，包括若干ECC防护挂板1，若干ECC防护挂板1合围形成一环形腔体，环形腔体用于包裹桥墩5；本实施例中ECC防护挂板1的数量为四个；ECC防护挂板1的迎撞面厚度比背撞面的厚度以及ECC肋的厚度大；迎撞面两侧向内转角，拐面、斜边面和ECC肋构成两个底面为直角三角形的三棱柱，三棱柱内部没有填充。迎撞面中间位置向内凹陷，凹陷形状为梯形，内部由柔性纤维废弃物颗粒填充层2填充；撞击荷载作用于ECC防护挂板1的迎撞面上，迎撞面发生弯曲变形，逐渐挤压柔性纤维废弃物颗粒填充层2，并带动ECC肋弯曲变形，从而显著延长了撞击作用时间，降低了撞击力，减小桥墩和汽车的损伤，显著提高了车内人员的安全性。

相邻的两ECC防护挂板1通过连接组件可拆卸连接，ECC防护挂板1内壁与桥墩5外壁接触连接；通过调整ECC防护挂板1的厚度、形状和纤维掺量来改变其抗弯刚度和韧性；通过调整柔性纤维废弃物颗粒填充层2的颗粒密度以适应不同的应用场景和不同等级的撞击力，具有很好的灵活性和可调节性；

ECC防护挂板1内设有柔性纤维废弃物颗粒填充层2；ECC防护挂板1和柔性纤维废弃物颗粒填充层2均采用工厂预制，运输至现场进行组装；实现工业化制作、便于运输和施工，加快施工速度。

如此设置，通过若干ECC防护挂板与桥墩外壁贴近，避免了桥墩直接和空气接触，通过若干ECC防护挂板和填充在若干ECC防护挂板1内的柔性纤维废弃物颗粒填充层2起到对桥墩5的保护作用，增强了桥墩5的耐久性，具备长期防护桥墩5的能力；同时防护装置可对斜撞击桥墩的车辆提供防护，在斜撞击下防护装置发生变形，可有效调控传递到桥墩5上的荷载，吸收大量撞击能量，有效降低了撞击力，实现有效防护。

本发明的ECC防护挂板1具有良好的强度，高温低温性能，防水性，较强的自愈合能力和控制裂缝宽度的能力，提高了桥墩5在变化环境下的耐久性，降低了长期维护防护装置的费用；本发明的柔性纤维废弃物颗粒填充层2可实现对建筑垃圾废料的再利用，更加绿色环保、建造费用低，柔性纤维废弃物颗粒填充层2的性能稳定，寿命长，保质期与建筑主体寿命基本相同，具备长期防护桥墩5的能力，增强了桥墩5的耐久性。

本发明中ECC防护挂板1通过连接组件可拆卸连接，可以在发生撞击破坏后可进行局部更换受损的ECC防护挂板1，提高了防撞装置的材料利用率及撞后可修复性。

进一步优化方案，ECC防护挂板1远离桥墩5的端面设有内凹槽，内凹槽的深度为ECC防护挂板1厚度的1/3；内凹槽的形状为等腰梯形；内凹槽的作用为在发生碰撞时，确保ECC防护挂板1的迎撞面在大变形下具有足够的变形余量，保持结构完整性；ECC防护挂板1的迎撞面的厚度是背撞面和ECC肋的1.5倍；ECC防护挂板1的迎撞面在发生撞击时会发生较大弯曲和拉伸变形。背撞面紧贴桥墩5外侧，不会发生弯曲变形。且由于ECC肋长度远小于迎撞面长度，为保证其在迎撞面变形时发生协同变形，ECC肋的厚度为ECC防护挂板1的迎撞面厚度的2/3倍，与背撞面厚度相同。一方面，保证了ECC肋可以发生弯曲变形。另一方面，降低连接处的刚度，从而提高发生斜撞桥墩防护装置时，车辆及人员的安全性。

进一步优化方案，连接组件包括两连接板3和若干螺栓4，两连接板3分别设在相邻的两ECC防护挂板1相对的内壁上，若干螺栓4贯穿两相邻的ECC防护挂板1的内壁，并且与两连接板3螺纹连接；

本实施例中，连接板3采用不锈钢板材，螺栓4采用高强螺栓；螺栓4的数量为4～6个。

进一步优化方案，连接板3上开设有若干第一螺纹孔，ECC防护挂板1的侧壁上开设有与第一螺纹孔对应设置的第二螺纹孔，第一螺纹孔、第二螺纹孔均与螺栓4螺纹连接。

进一步优化方案，ECC防护挂板1内部一体成型有两ECC肋；ECC肋与ECC防护挂板1组成的构型一方面可以保证相邻两ECC防护挂板1可以通过螺栓连接，另一方面当ECC防护挂板1受到挤压时，ECC肋可以发生弯曲变形，分担一部分冲击力，有效降低了撞击力，实现对车辆和桥墩5的防护作用。

进一步优化方案，柔性纤维废弃物颗粒填充层2包括纤维布袋和填充在纤维布袋内的柔性纤维散体颗粒；纤维布袋采用胶粘或采用3D编织技术一次编织成型。本实施例中，纤维布袋为柔性性格构式纤维布袋，其格构形式包括矩形、三角形、梯形；纤维布袋的格构尺寸包括150mm×100mm、100mm×50mm；

纤维布袋固定安装在ECC防护挂板1的内壁上。

进一步优化方案，柔性纤维散体颗粒包括陶粒、再生混凝土骨料、再生砖渣颗粒；所述陶粒的含量不低于40％；再生砖渣颗粒的粒径为0.2mm～8mm；本实施例中优选为0.3mm～4.75mm；

柔性纤维散体颗粒还包括玄武岩纤维，具有耐高温，耐腐蚀，绿色无污染，价格低廉的优势。当遭遇撞击时，柔性纤维散体颗粒由于玄武岩纤维的约束锁紧硬化，将造成大量陶粒颗粒的破碎，破碎陶粒内部的空隙由其他建筑固体废弃物填充，通过柔性纤维散体颗粒之间的滑移摩擦，将部分撞击能量耗散，同时保证了柔性纤维废弃物颗粒填充层2可发生的大变形。

本发明还提供ECC-建筑固体废弃物柔性组合桥墩防护方法，包括以下步骤：

步骤一、制备ECC防护挂板1；根据桥墩5的尺寸、外形和工况选择：ECC防护挂板1的厚度、纤维掺量、冲孔尺寸；柔性纤维废弃物颗粒填充层2的配合、密度；连接板3的尺寸，进而确定螺栓4型号；

步骤二、将纤维布袋粘接在ECC防护挂板1的内壁上，并将纤维布袋底部封口；

步骤三、将柔性纤维散体颗粒填入纤维布袋内，并将纤维布袋顶部封口；

步骤四、清洁桥墩5表面，将若干ECC防护挂板1与桥墩5外壁紧贴；

步骤五、通过连接组件将若干ECC防护挂板1组装固定。

进一步优化方案，步骤一具体包括：

将原料和水加入搅拌机中搅拌；再将有机硅消泡剂、早强型聚羧酸高效减水剂和水加入搅拌机中搅拌；

向搅拌机中加入钢纤维，再向搅拌机中加入水进行搅拌；

浇筑到模具中，振捣；

养护硬化成型。

进一步优化方案，原料包括水泥、粗骨料、细骨料、石英砂、硅灰、粉煤灰、聚乙烯醇纤维和环氧树脂；使用高延性纤维增强水泥基复合材料制备出的ECC防护挂板1代替金属成为外部金属骨架结构，柔性纤维废弃物颗粒填充层2协同作用，可有效调控传递到桥墩5上的荷载，吸收大量撞击能量，既能够保持三明治柔性防护装置的优点，又增强了防护装置的耐久性，降低了建造成本和维护装置的费用。

进一步优化方案，步骤四中，对桥墩5表面距离地面1.0m～1.5m高度范围内进行清洁处理；本实施例中优选为1.0m～1.2m。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。