一种速成渡河桥
阅读说明：本技术 一种速成渡河桥 (Rapid river crossing bridge ) 是由 黄海新 金晓辉 张颖 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明为一种速成渡河桥,包括外裹绝热保温材料的冰块、起限位固定作用的绳网结构、桥面板；绳网结构通过浮漂漂浮于水面上,并通过锚定装置锚于河道中；取所渡河中水,水在液氮条件下冷凝生成冰块,冰块外包绝热保温材料,若干包裹有绝热保温材料的冰块置于绳网结构所划分的网格中进行限位固定；所有冰块上铺设桥面板。本发明将原来需预制拼装的浮桥钢梁体用可就地取材的冰块体替代,无需消耗预制梁体所用的钢材,仅需提供水冷凝所需的液氮,节省大量建筑材料和成本,降低加工、制作、运输和安装浮桥梁体的难度。且本发明采用液氮制冰装置,相比于依赖环境自然冻结的方式结冰速度更快,不受季节和室外温度的限制。(The invention relates to a rapid river-crossing bridge, which comprises ice blocks wrapped with heat-insulating materials, a rope net structure for limiting and fixing and a bridge deck; the rope net structure floats on the water surface through a buoy and is anchored in the river channel through an anchoring device; taking water in a river, condensing the water under the condition of liquid nitrogen to generate ice blocks, wrapping the ice blocks with heat insulation materials, and placing a plurality of ice blocks wrapped with the heat insulation materials in grids divided by the rope net structure for limiting and fixing; and laying a bridge deck on all the ice blocks. The floating bridge girder body which needs to be prefabricated and assembled originally is replaced by the ice cube body which can be obtained from local materials, steel used for prefabricating the girder body is not consumed, only liquid nitrogen required for water condensation is needed, a large amount of building materials and cost are saved, and the difficulty in processing, manufacturing, transporting and installing the floating bridge girder body is reduced. And the liquid nitrogen ice making device adopted by the invention has higher freezing speed compared with a natural freezing mode depending on the environment and is not limited by seasons and outdoor temperature.)
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种速成渡河桥，该速成渡河桥利用液态氮将水冷凝生成冰，可在水中快速建造冰浮桥。
背景技术
当前所采用的快速架桥渡河技术，主要是通过将预制梁段在河面上展开逐段拼接成桥。这不但耗费大量的初始建筑材料(主梁材料通常为高强钢材)，而且在河面较宽时，过多的梁体增加了加工、制作、运输、安装的难度，对运输工具、交通方式、载运和起吊装备等均具有挑战性。除此之外，梁段的运输受地形因素制约较大，在某些极端地形，运梁车难以到达，不利于快速架桥渡河。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是，提供一种利用液态氮将水冷凝成冰，快速搭建冰浮桥的速成渡河桥。该渡河桥以冰为主要建造材料的新式水上浮桥，包括外裹绝热保温材料的冰块、起限位固定作用的绳网结构、作为磨耗层的桥面板：绳网结构两端在所渡河两岸锚定，漂浮于水面上；从所渡河中取水，利用液氮冷凝成冰，绝热保温材料形成绝热隔离层包裹在冰外表面，冰块与外部无热交换，置于绳网中；桥面板置于浮冰上以供人、车快速通行。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
一种速成渡河桥，其特征在于，包括外裹绝热保温材料的冰块、起限位固定作用的绳网结构、桥面板；绳网结构通过浮漂漂浮于水面上，并通过锚定装置锚于河道中；取所渡河中水，水在液氮条件下冷凝生成冰块，冰块外包绝热保温材料，若干包裹有绝热保温材料的冰块置于绳网结构所划分的网格中进行限位固定；所有冰块上铺设桥面板。
所述绳网结构包括底部的平面和两侧的立面，平面和立面皆由网格组成，网格尺寸远小于冰块尺寸，绳网结构的两端通过岸上锚定装置锚固于渡河两岸，绳网结构的底部通过水底锚定装置锚于河道中。
绳网结构的立面网格上表面串连若干数量的浮漂，能使绳网结构良好的漂浮于水面上，并通过锚定装置与河道及两岸锚定，不漂移。
所述冰块为空心结构，制作过程是：用泵抽取渡河中的水至岸边的制冷装置的模具中，在模具内液氮冷凝生成冰，再在外表面包裹绝热保温材料。
绝热保温材料为聚氨酯泡沫塑料、铝箔隔热卷材、气凝胶毡或玻璃纤维棉板；所述桥面板采用薄碳纤维板、铝板或钢板制作；在桥面板两侧焊接或栓接钢板或铝板限制冰块与桥面板的相对位移。
所述冰块采用箱型或六棱柱状等空心构造。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明将原来需预制拼装的浮桥钢梁体用可就地取材的冰块体替代，无需消耗预制梁体所用的钢材，仅需提供水冷凝所需的液氮，节省大量建筑材料和成本，降低加工、制作、运输和安装浮桥梁体的难度。且本发明采用液氮制冰装置，相比于依赖环境自然冻结的方式结冰速度更快，不受季节和室外温度的限制。
(2)本发明直接以冰块作为承重梁体，只需将冰块置于河中漂浮即为承重结构，无需修筑沙梗等水下结构及施工，因此结构简单易施工，梁体损坏易修复，节约能源，梁体材料(梁体材料指的是作为浮桥主体的冰块)可再生，对于较深的河流施工难度大大降低。
(3)本申请适用于河水深度较大的河流地区施工。设置可移动的液氮制冰装置，对河岸较为平坦，有道路通行能力的区域使用更加方便，但对所处河流无交通道路的区域，需要通过采用空投液氮制冷装置的方式将液氮制冷装置整体空投到河岸，再进行制冰。
(4)和现有的冰浮桥相比，本申请冰块采用液氮生成，不受室外温度和季节的限制，生成冰块在投放至绳网结构中后，可在水流、绳网结构所有多个力的作用下实现自然拼装，使得无规则投放的冰块在绳网结构中呈现出相对规则的状态，施工更加简单，且由于多个冰块可以在绳网结构中进行拼接，其形成的冰块单元的体积不受限制，可制成桥面很宽的浮桥，承载能力较强，在实际施工时可先进行预制然后现场施工，加快施工速度。
附图说明
图1为本发明速成渡河桥(未加桥面板)一种实施例的平面图，
图2为本发明速成渡河桥的绳网结构的立面图，
图3为本发明速成渡河桥一种实施例的侧视结构示意图，
图4为本发明速成渡河桥一种实施例的主视结构示意图；
图中1为冰块，2为绳网结构，3为浮漂，4为水底锚定装置，5为岸上锚定装置，6为桥面板，7为限位板。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施方式。具体实施方式仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。
本发明提供了一种速成渡河桥，该渡河桥能够就地取材、快速生成水上浮桥，包括外包绝热保温材料的冰块1、绳网结构2、浮漂3、水底锚定装置4、岸上锚定装置5、桥面板6以及限位板7；绳网结构2用于限制冰块位移，对冰块起到限位固定作用，使冰块集中在特定区域，不漂离；浮漂3用于使绳网漂浮在水面上，水底锚定装置4为置于河底起固定绳网作用的锚结构，岸上锚定装置5为置于岸上起锚固作用的锚结构，冰块置于绳网结构划出的网格空间中，外包绝热保温材料，绝热保温材料形成绝热隔离层，隔离层可延长冰块的使用寿命；绳网结构包括底部的平面和两侧的立面，平面、立面皆由网格组成，绳网两端通过锚定装置(4、5)，锚于河道与两岸；桥面板置于放置好的冰块上，供人、车通行；此外还需配置液氮制冰装置。该液氮制冰装置为可移动车体结构，使用时将其停于岸边，所有冰块预制均在岸边完成，在牵引绳网作用下，将冰块逐块放入绳网结构的网格中，使冰块随绳网结构往前推移。所述牵引绳网可以是在两端固定在渡河两岸，由移动锁扣带动冰块沿渡河宽度方向移动，到达指定绳网结构位置后将冰块放下；也可以设置在一侧岸边拽动牵引绳网，冰块固定在牵引绳网的另一端，通过拽动作用，实现冰块逐渐向前推移，冰块可连续放置在牵引绳网上，到达位置后，使牵引绳网翻倒，即可将冰块放置于绳网结构区域内。具体牵引绳网的结构可依据现有技术实现。
所述冰块的体积和质量，应根据不同的荷载要求，进行合理的计算和分析来确定，使冰浮桥能稳定良好地承受人车荷载；所述绝热隔离层应能切实起到阻止冰块与外部介质进行热交换作用。
本实施例拟定空心冰块作为承重结构，冰块的尺寸可以为80mmX80mmX40mm、1000mmX1000mmX500mm、1200mmX1200mmX600mm等规则的长方体状，长方体的壁厚为冰块高度的1/4，根据模具的大小，也可以制成更大的冰块，冰块尺寸较大增加铺设的效率。多个冰块可自由组合，通过牵引绳网集中放置在绳网结构中，能形成一个冰块单元，多个冰块单元沿渡河宽度方向依次设置，每个冰块单元大致可等效形成如长宽高为8m×6m×4m的空心冰块，壁厚取1m作为承重结构时，在冰块单元自重以及桥面板重量下，根据浮力定理冰块下沉高度为2.7m，露出水面1.3m，此时每个冰块单元需继续施加50t的外载方能使其完全浸入水中，即该尺寸下构建的冰浮桥每个冰块单元约有50t的外载承载力。考虑到施工成本，可将隔离层做成实心结构包裹在冰块的外表面，材料考虑使用具有较强隔热性能的聚氨酯泡沫塑料、铝箔隔热卷材、气凝胶毡、玻璃纤维棉板等，在温度较高的夏季，如果有渡河需求时，由于气温较高，冰块不可避免的会发生局部融化，在绳网结构内的冰块缓慢融化过程中，由于在河面动态作用下相邻的冰块易发生黏连，从而形成一个整体，能进一步延长冰块作为承重主体的支撑作用，为通过浮桥提供尽可能长的时间。
桥面板采用薄碳纤维板、铝板或钢板等强度较高的材料制作，对于温度较高的季节，如夏季、过渡季节，可使用碳纤维板作为桥面板，减少冰块的吸热程度，尽可能地提高冰块的作用时间，为人员或设备通过争取更多的时间。桥面板放置在冰块上，桥面板将所受荷载传递到所有冰块上，使所有冰块受力，将集中荷载扩散到所有冰块上，分担荷载，使渡河桥能够承受更大的荷载。桥面板厚度可设置为12mm左右，空心冰块的壁厚相对设置较厚，避免局部受力过大而造成冰块发生破损，影响承载效果。
本发明中液氮制冰装置的原理是利用氮气产生液氮，再利用液氮将水直接快速冷却成冰块，包括液氮发生器、空心模具、包膜机，液氮发生器、空心模具、包膜机均集成安装在可移动车体上，液氮发生器将空气中的氮气转化成液氮，空心模具用于使水形成冰块的形状，液氮发生器的液氮出口连接空心模具的外围，用于快速冷却空心模具中的水使其形成冰，空心模具上设置有水流入口，能通过泵将河道内的水引入模具腔体内；包膜机用于对制成的冰块包覆绝热保温材料，使其能形成可以较长时间存放的冰块，在岸边集中预制较多冰块后，再铺设到绳网结构上。也可以通过人工方式进行包覆。
若干数量的冰块支撑起桥面，形成冰浮桥，冰浮桥就地取材从所渡河中取水，在液氮条件下冷凝生成冰块快速形成渡河桥。
冰块外包裹的绝热保温材料，能有效阻止内部冰块与外部介质进行热交换，延长冰块的使用寿命，且缓慢的冰块融化过程也有助于整体的黏连。
绳网结构2能形成较深立体结构，将冰块包裹在内，冰块的尺寸远远大于绳网结构的网格尺寸，能够使冰块牢牢地限制在特定区域内，单个冰块体积较小时，可设置至下而上的多层冰块，较深的立体结构所能容纳的冰块整体高度较高，保证其承受外荷载能力。绳网结构的立面网格上表面串连若干数量的浮漂，能通过绳网串连的浮漂良好的漂浮于水面上，并通过绳网两端的锚定装置与河道锚定，不漂移。
本申请的核心创新点是使用液氮制冷生成冰块，快速搭建冰浮桥。使用液氮制冷快速制冰，外裹绝热保温材料阻挡冰块与外界进行热交换，防止或延长冰块的融化时间，同时冰块采用箱型、六边形等空心构造能够显著提升冰块的承载能力；采用立体绳网结构，加大绳网对冰块的约束力；在桥面板两侧焊接或栓接钢板或铝板限制冰块与桥面板的相对位移。冰块形状采用立方体形状，钢板或铝板与桥面板间连接方式主要考虑焊接或栓接。此外，本申请所需设备较为简单，设备运输较为方便，便于预制施工，施工速度较快。
本发明未述及之处适用于现有技术。
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