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70世界桥梁2019年第47卷第4期（总第200期）

集波浪发电和防撞功能于一体桥梁保护装置研究

王梓宇12,汪正兴12,刘鹏飞12,柴小鹏12

（1.中铁大桥科学研究院有限公司，湖北武汉430034；

2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北武汉430034）

摘要：针对常规波浪发电装置以及桥梁防撞装置的功能单一性，设计了一种集波浪发电和防撞功能于一体的新型桥梁保护

装置。该装置主体外围结构为柔性防撞系统（复合材料自适应防撞套箱），波浪发电系统承载于柔性防撞系统硬件基础上$

装置将吸收的波浪能通过动力输出系统转化为机械能，机械能再带动发电机发电$采用水动力学软件ANSYS-AQWA分析

了水深20m、波高1m、波浪周期8s条件下装置的运动特点，并计算装置发电功率$结果表明：新型装置的垂荡运动幅值为

0.5m,速度最大值为0.4m/s,加速度峰值为0.35m/s2，波浪力最大值为1.74D106N,平均发电功率为160.945kW,和现有

振荡浮子式发电装置进行对比，在相同的截面面积下两者发电功率大致相同$

关键词：跨海桥梁；桥梁防撞；波浪发电；ANSYS-AQWA软件；数值模拟；设计

中图分类号：U443.26文献标志码:A文章编号：1671—7767（2019）04—0070—05

1引言

随着我国桥梁建设事业的蓬勃发展，各种跨海

桥梁的建设和保有量不断增加。跨海大桥大多位处

风大浪高的地方，如果能充分利用桥位处波浪能发

电，在当前世界能源紧张，矿物能源逐渐枯竭及环境

状况日益恶化的大环境下，显得尤为可贵$据联合

国教科文组织出版的《海洋能开发》资料显示，全球

海洋能储量极为庞大，其中可以实际开发利用的波

浪能为3亿千瓦「门$

跨海桥梁所在的区域一般航运交通繁忙，为了图1新型装置结构

保证桥梁的安全性，经常会使用一些合适的保护装新型装置主要由复合材料自适应防撞套箱和发

置，如桥墩防撞装置「2勺$现有的桥梁保护装置质量电附属系统组成，其中复合材料自适应防撞套箱由

大、造价高且一般仅能实现防撞的功能，从经济层面GFRP材料（玻璃纤维增强基复合材料）构成，套箱

来说，是一种资源的浪费$因此，本文考虑柔性防撞内部装填GFRP材质填充物，套箱内壁和桥墩接触

和波浪能综合利用，设计了一种集波浪发电和桥梁区域设置圆筒形高阻尼橡胶护舷和球形滚珠接触

防撞于一体的新型桥梁保护装置，为跨海桥梁工程轮,整个防撞套箱漂浮在水面上，通过球形滚珠接触

的保护提供一种新型解决思路$轮和桥墩实现部分滚动接触$发电附属系统主要由

发电机组、动力输出传动机构以及机构配重等组成，

2装置设计其中连接配重块的钢丝绳一端固定在桥墩上，另一一

在分析已有波浪发电技术的基础上，根据跨海端绕过防撞套箱下的滑轮卷筒固定住机构配重，桥

大桥的特点，吸收已有波浪发电技术的优点，设计了墩上的钢丝绳锚固点均匀布置，静水条件下保证装

集波浪发电和桥梁防撞于一体的新型装置（见图置整体不发生转动，整个系统实现自平衡$

1）。新型装置主体外围结构为柔性防撞系统，波浪2.1装置工作原理

发电系统承载于柔性防撞系统硬件基础上$当自适应防撞套箱随着波浪起伏变化运动时，

收稿日期2019—01—11

基金项目：湖北省技术创新重大专项（2018AAA029）

作者简介：王梓宇（1992—，男，助理工程师，2014年毕业于武汉理工大学材料成型及控制工程专业，工学学士，2017