发明内容

本发明针对上述存在的因防撞结构刚度过大而极易造成车辆撞击过程中严重损伤和无法对不同撞击力进行分级防护的问题，提出了一种纤维约束散体与泡沫相结合的双层柔性防撞装置。将上述双层柔性防撞装置包裹在桥墩外表面作为牺牲层，在桥墩受到撞击时，该双层柔性防撞装置可以很大程度上吸收耗散撞击能量，降低作用在桥墩和车体上的撞击力初始峰值，延长撞击力持时，实现对车辆和桥墩的双向防护，并且通过该双层柔性防护装置在不同水平撞击力下表现出的不同破坏形式实现对车辆撞击桥墩的分级防护。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种公路桥墩双层防撞装置，包括依次包裹在桥墩外表面的内侧纤维包裹层、中部缓冲吸能泡沫层、外侧柔性迎撞散体颗粒层以及柔性迎撞层端部连接件。

上述方案中，桥墩防护装置，便于其制作、施工和安装，所述内侧纤维包裹层、中部缓冲吸能泡沫层、外侧柔性迎撞散体颗粒层，由内向外逐层施工。首先，将纤维布缠绕包裹在桥墩外侧，然后在外侧支模版灌注泡沫或者将泡沫在工厂预制成半圆形板直接粘接在桥墩上，最后将特制的柔性纤维散体迎撞层在最外层环绕一周，并在端部采用目字带扣连接。该柔性双层结结构可根据桥墩尺寸而选用不同厚度的泡沫层和不同长度的迎撞散体层灵活施工安装，以适用于不同工况。其中上述目字扣由高强度钢材制成。

上述方案中，外侧柔性迎撞散体颗粒层的主要功能是作为弱撞击力耗散层和中等撞击力传递层以及强撞击力的牺牲层。当撞击力较小时，纤维约束散体颗粒层，通过散体颗粒之间的滑移摩擦以及小范围运动，或者少量颗粒的破碎，将撞击能量耗散，防撞装置并无损坏，仍可继续工作。当遭遇中等强度的撞击力时，散体颗粒由于纤维的约束锁紧硬化，将散体颗粒通过摩擦和小范围运动无法耗散的能量，传递到中部的缓冲吸能泡沫层，由泡沫压缩吸能，外部的纤维约束散体颗粒层仍未破坏，只需将压溃的泡沫修复即可继续工作。当遭遇强撞击时，通过纤维约束散体层纤维布的破坏以及散体颗粒的飞散和泡沫吸能层的完全压溃，实现对撞击能量的最大程度的吸收，加上内层纤维包裹对桥墩的强化，可以最大程度降低桥墩损伤，只需对中部缓冲泡沫层和柔性纤维散体颗粒迎撞层进行更换即可。

上述方案中，中部缓冲吸能泡沫层建议采用泡沫混凝土多孔材料。与泡沫铝和聚氨酯泡沫等多孔缓冲材料相比，泡沫混凝土具有易浇筑成型，施工方便，造价低，节能环保等优点。在施工过程中，首先根据工况制作一定密度的泡沫混凝土浆体，然后将其浇筑到桥墩外侧模板内并振捣均匀，经过预定龄期的养护，即可正常工作。若需缩短制作周期，可采用快硬硫铝酸盐水泥来制作泡沫混凝土，实现三小时脱模安装。

上述方案中，纤维约束散体颗粒层所用纤维建议采用玄武岩纤维，相较其他高性能纤维(碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维)具有耐高温，耐腐蚀，绿色无污染，价格低廉的优势。

上述方案中，可以通过调整纤维布的厚度、纤维约束散体颗粒的填充密实度、中层缓冲吸能泡沫的密度等参数，实现针对不同工况可采取不同防护结构，使防撞装置既能保证结构的轻量化，降低制造成本，又能表现出良好的抗撞性能。

总体来说本发明具有以下优点：

(1)本发明的采用纤维约束散体颗粒作为柔性迎撞层与一般的只负责荷载传递的刚性面板不同，其利用纤维约束散体不同应力水平下的不同表现，实现较小撞击能量自我耗散，中等撞击能量向内传递，强撞击能量共同承担，进而实现了对车辆撞击桥墩的分级防护。

(2)本防撞装置由内侧纤维包裹层、中部缓冲吸能泡沫层、外侧柔性迎撞纤维散体颗粒层构成，能够做到刚柔并济，既能保证一定的刚度，又具备较好的柔性，实现车辆和桥墩的双向防护。在迎撞层达到一定应力水平时，纤维约束散体迎撞层会锁紧硬化，进入与一般三明治结构相同的工作状态，即迎撞层会吸收一部分能量并将荷载较为均匀的传递到防撞中部的缓冲吸能层，本发明利用了散体独特的力链结构，使撞击力传递面积扩大，让更多的中部缓冲泡沫参与吸能，提高材料利用率。

(3)与传统的桥墩防护装置相比，本防护装置具有施工方便，易于修复更换，吸能效率高等优点。而且纤维所约束颗粒散体材料，可以采用再生混凝土骨料和废弃砖渣颗粒，实现对建筑垃圾废料的再利用，更加绿色环保。