CN102797220B - 新型耗能防落梁装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型耗能防落梁装置，其特征是它包括连接板A（1），连接板B（2）、E形耗能元件（3）、高强螺栓（4）、主梁预埋件（5）、墩预埋件（6）、连接板B（2）的约束槽孔（7）和连接板A（1）的约束槽孔（8），所述的连接板B（2）上加工有与E形耗能元件（3）的悬臂肢数量、位置相配的约束槽孔（7），且中间的约束槽孔（7）的长度小于两端约束槽孔（7）的长度；所述的连接板A（1）上与连接板B（2）上的中间约束槽孔（7）相对位置处加工有相配的约束槽孔B（8），与两端约束槽孔（7）相对位置处加工相匹配的螺孔或通孔（9）；连接板B（2）、连接板A（1）和E形耗能元件（3）通过高强螺栓（4）相连，连接板A（1）的自由端通过高强螺栓（4）与墩预埋件（6）铰接相连，连接板B（2）的自由端与主梁预埋件（5）铰接相连。本发明具有构造简单、结构形式合理、制造成本低、易于安装更换、耗能性能优良等特点，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁抗震与减震技术，尤其是一种桥梁结构被动耗能减震控制和限位中的新型耗能防落梁装置，具体的说是一种可以为桥梁结构提供附加阻尼比，降低桥梁地震反应，限制墩—梁（或台—梁）之间的相对位移，最终防止发生落梁的新型耗能防落梁装置。
背景技术
桥梁抗震是一个比较复杂的问题，与建筑结构相比，由于桥梁自身的结构特点，抗震问题和建筑结构还有其独特的一面。伸缩缝装置是非结构构件，它的设置是为了适应结构材料收缩、徐变和外部环境温度变化等因素的影响。其非线性问题是建筑结构所没有的。它的存在使得桥梁结构为不连续的结构体系，从而导致了桥梁结构的地震反应也相当复杂。大量桥梁震害经验表明，伸缩缝处过大的墩（台）梁相对位移是桥梁发生落梁的重要原因之一。
防落梁装置主要是为了限制墩（台）梁之间的相对位移，防止因墩（台）梁相对位移过大而发生落梁，进一步加重震害。目前应用较多的主要是拉索式防落梁装置和油阻尼器耗能装置，拉索式防落梁装置只有在墩（台）梁之间的相对位移超过其不工作长度后才发生作用，且只能起到限位作用，油阻尼器虽能产生耗能作用，但由于其易产生漏油现象及其价格的昂贵，很难得到广泛的应用，因此研发一种既能耗能又能限位的防落梁装置成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是针对国内现有耗能型防落梁装置产品较少的现状，提出了一种既能耗能又能限位的新型防落梁装置。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种新型耗能防落梁装置，其特征是它包括连接板A1，连接板B2、E形耗能元件3、高强螺栓4、主梁预埋件5、墩预埋件6、连接板B2的约束槽孔7和连接板A1的约束槽孔8，所述的连接板B2上加工有与E形耗能元件3的悬臂肢数量、位置相配的约束槽孔7，且中间的约束槽孔7的长度小于两端约束槽孔7的长度；所述的连接板A1上与连接板B2上的中间约束槽孔7相对位置处加工有相配的约束槽孔B8，与两端约束槽孔7相对位置处加工相匹配的螺孔或通孔9；连接板B2、连接板A1和E形耗能元件3通过高强螺栓4相连，连接板A1的自由端通过高强螺栓4与墩预埋件6铰接相连，连接板B2的自由端与主梁预埋件5铰接相连。
所述的连接板B2上加工有两排约束槽孔7，连接板A1上也加工有与连接板B2相对应的约束槽孔8，所述的E形耗能元件3对称安装在连接板A1和连接板B2的两侧。
所述的连接板B2呈U型结构，连接板A1呈长条形结构，长条形结构连接板A1的一端插入U型结构的连接板B2中。
所述的E形耗能元件3由多片叠加而成，它们位于连接板A1的一侧或两侧。
所述的E形耗能元件的两个端肢通过高强螺栓固定于连接板A上，当连接板A和连接板B的相对位移超过防落梁装置的不工作长度后，E形耗能元件的中间肢将被卡在不工作长度位置处，但两个端肢可发生变形，随着中间肢与端肢相对位移的不断增大，E形耗能元件从弹性变形过渡到塑性变形，逐渐发挥耗能作用。当连接板A和连接板B的相对位移达到装置的最大工作长度后，E形耗能元件的变形将受到限制不能继续发展，此时E形耗能元件三个肢由于高强螺栓的作用被卡在装置的最大工作位移处，整个装置相当于一个连接键约束墩和梁（或台和梁），限制墩梁（或台梁）之间相对位移，从而有效防止落梁的发生。
所述的利用E形耗能元件3的塑性变形消耗地震能量。
所述的当装置的相对位移达到其设计的总位移后，约束墩和梁（或台和梁）之间的相对位移，从而防止落梁的发生。
所述的利用E形耗能元件3采用国产普通Q235钢材。
所述的不工作长度是指保证桥梁在正常使用阶段的功能不受新型耗能防落梁装置的影响，同时使得装置在小震作用下不发生作用的长度，该长度可以调节，使装置在大震作用下充分发挥耗能和限位作用，既可用于纵桥向又可用于横桥向。
所述的防落梁装置通过高强螺栓实现墩或台与梁的相连，以方便震后修复。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过利用E形耗能元件的塑性变形消耗地震能量，利用连接板的开孔长度限制墩（台）梁之间的相对位移，从而防止落梁的发生。装置具有构造简单、结构形式合理、取材容易、耗能性能优良等特点。在小震作用下不发生作用，且桥梁结构不受温度、徐变和收缩的影响，不会影响结构的受力状态；在大震作用下，当墩梁或台梁的相对位移超过装置的不工作长度后，随着相对位移的增加，防落梁装置开始从弹性变形逐渐发展为塑性变形，发挥耗能作用，减小结构的地震反应。若墩梁或台梁的相对位移超过装置的最大工作位移，装置将相当于刚性连接键，将主梁与墩或台约束，限制相对位移的增大，从而防止落梁的发生。
本发明有效解决了现有防落梁装置的不足，而且构造简单、结构形式合理、制造成本低、易于安装更换、拉压时均能耗能且耗能性能优良、限制墩（台）梁之间的相对位移等特点。
本发明在实际工程设计中，可以通过调整E形耗能元件的数量、几何尺寸等参数制作出不同初始刚度、初始屈服位移和耗能能力等力学性能参数的耗能型防落梁系列装置。
本发明具有构造简单、结构形式合理、制造成本低、易于安装更换、耗能性能优良等特点，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的连接板A的结构示意图。
图3是本发明的连接板B的结构示意图。
图中：1—连接板A；2—连接板B；3—E形耗能元件；4—高强螺栓；5—主梁预埋件；6—墩预埋件；7- 约束槽孔；8-约束槽孔B，9-螺孔或通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如附图1-3所示。
一种新型耗能防落梁装置，它包括连接板A1，连接板B2、E形耗能元件3（可采用金属材料，如国产普通Q235钢材）、高强螺栓4（标准件）、主梁预埋件5和墩预埋件6，如图1所示，连接板B2上设有约束槽孔7，如图3所示，连接板A1上设有约束槽孔B8和螺孔或通孔9，如图2所示，所述的连接板B2上加工有与E形耗能元件3的悬臂肢数量、位置相配的约束槽孔7，且中间约束槽孔7的长度小于两端约束槽孔7的长度,中间约束槽孔7的长度与不工作长度相匹配或相等，所述的连接板A1上加工有与连接板B2相对应的约束槽孔B8，该约束槽孔B8的长度应与不工作长度相匹配或相等，在约束槽孔B8的两端各设有用于穿装高强螺栓4的通孔或螺孔9，高强螺栓4穿过连接板B2和连接板A1的约束槽孔将E形耗能元件3和连接板A1、连接板B2相连，连接板A1的自由端与通过高强螺栓4与墩预埋件6铰接相连，连接板B2的自由端与主梁预埋件5铰接相连。如图1所示，具体实施时，为了约束E形耗能元件3，所述的连接板B2上加工有两排约束槽孔7，所述的E形耗能元件3对称安装在连接板A1和连接板B2的两侧，此外，连接板B2还可设计成U型结构，连接板A1可设计成长条形结构，长条形结构连接板A1的一端插入U型结构的连接板B2中；同样地，为了增加耗能能力，所述的E形耗能元件3可由多片叠加而成，它们位于连接板A1的一侧或两侧。
本发明的新型耗能防落梁装置类似于位移型阻尼器，是依靠钢材在外力作用下屈服进入塑性状态不断吸收能量，最终靠连接板的连接作用，限制墩（台）梁相对位移继续增大，防止落梁。为了使桥梁结构不因为温度、徐变和收缩影响而使结构的受力状态发生改变，且保证装置在小震作用下不发挥作用，装置设计了不工作长度。
本发明通过墩梁预埋件连接墩（台）梁，如图1所示，数个E形耗能元件组合在一起，安装在墩（台）梁之间。E形耗能元件3的两端肢通过高强螺栓4固定于连接板A1上，当连接板A1和连接板B2的相对位移超过防落梁装置的不工作长度后，E形耗能元件3的中间肢由于高强螺栓4的作用，将被卡在不工作长度位置处，而两侧端肢仍可继续变形，随着相对位移的不断增大，E形耗能元件3的塑性变形区域也越来越大，逐渐发挥耗能作用。当连接板A1和连接板B2的相对位移达到装置的最大工作长度后，E形耗能元件3不再发生更大的变形，此时E形耗能元件3三个肢由于高强螺栓的作用被卡在装置的最大工作位移处，相当于一个连接键约束墩和梁（或台和梁），限制墩梁（或台梁）之间相对位移的继续增大，最终防止落梁的发生。
本发明通过对连接板中开槽长度的不同，设计了不工作长度，消除了温度、徐变和收缩等因素的影响，且保证装置在小震作用下不发挥作用，地震力由结构自身承担。大震作用下，当墩（台）梁之间的相对位移超过装置的总设计位移后，起到限位的作用，进一步限制墩（台）梁相对位移的继续增大。
本发明与目前应用较多的拉索式防落梁装置和油阻尼器耗能装置相比，拉索式防落梁装置只有在墩（台）梁之间的相对位移超过其不工作长度后才发生作用，且只能起到限位作用，油阻尼器虽能产生耗能作用，但由于其易产生漏油现象及其价格的昂贵，很难得到广泛的应用。而本发明解决了现有防落梁装置的不足，而且构造简单、结构形式合理、制造成本低、易于安装更换、拉压时均能耗能且耗能性能优良、限制墩（台）梁之间的相对位移等特点。
本发明的新型耗能防落梁装置可用于桥梁的纵向、横向的防落梁，附加于桥梁结构中作为消能减震和限位构件来保护桥梁的安全。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (7)
1.一种新型耗能防落梁装置，其特征是它包括连接板A（1），连接板B（2）、E形耗能元件（3）、高强螺栓（4）、主梁预埋件（5）、墩预埋件（6）、连接板B（2）的约束槽孔（7）和连接板A（1）的约束槽孔（8），所述的连接板B（2）上加工有与E形耗能元件（3）的悬臂肢数量、位置相配的约束槽孔（7），且中间的约束槽孔（7）的长度小于两端约束槽孔（7）的长度；所述的连接板A（1）上与连接板B（2）上的中间约束槽孔（7）相对位置处加工有相配的约束槽孔B（8），与两端约束槽孔（7）相对位置处加工相匹配的螺孔或通孔（9）；连接板B（2）、连接板A（1）和E形耗能元件（3）通过高强螺栓（4）相连，连接板A（1）的自由端通过高强螺栓（4）与墩预埋件（6）铰接相连，连接板B（2）的自由端与主梁预埋件（5）铰接相连；所述的E形耗能元件（3）的两端肢通过高强螺栓（4）固定于连接板A（1）上，当连接板A（1）和连接板B（2）的相对位移超过防落梁装置的不工作长度后，E形耗能元件（3）的中间肢将被卡在不工作长度位置处，但两个端肢可发生变形，随着中间肢与端肢相对位移的不断增大，E形耗能元件（3）从弹性变形过渡到塑性变形，逐渐发挥耗能作用；当连接板A（1）和连接板B（2）的相对位移达到装置的最大工作长度后，E形耗能元件（3）的变形将受到限制不能继续发展，此时E形耗能元件（3）三个肢由于高强螺栓（4）的作用被卡在装置的最大工作位移处，整个装置相当于一个连接键约束墩和梁，或相当于一个连接键约束台和梁，限制墩梁或台梁之间相对位移，从而有效防止落梁的发生。
2.根据权利要求1所述的新型耗能防落梁装置，其特征是所述的连接板B（2）上加工有两排约束槽孔（7），所述的连接板A（1）上也加工有两排与连接板B（2）上的中间槽孔相对应的约束槽孔B（8），所述的E形耗能元件（3）对称安装在连接板A（1）和连接板B（2）的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的新型耗能防落梁装置，其特征是所述的连接板B（2）呈U型结构，连接板A（1）呈长条形结构，长条形结构连接板A（1）的一端插入U型结构的连接板B（2）中。
4.根据权利要求1或2所述的新型耗能防落梁装置，其特征是所述的E形耗能元件（3）由多片叠加而成，它们位于连接板A（1）的一侧或两侧。
5.根据权利要求1所述的新型耗能防落梁装置，其特征在于所述的E形耗能元件（3）采用国产普通Q235钢材。
6.根据权利要求1所述的新型耗能防落梁装置，其特征是所述的不工作长度是指保证桥梁在正常使用阶段的功能不受新型耗能防落梁装置的影响，同时使得装置在小震作用下不发生作用的长度，该长度可以调节，使装置在大震作用下充分发挥耗能和限位作用，既可用于纵桥向又可用于横桥向。
7.根据权利要求1所述的新型耗能防落梁装置，其特征是所述的防落梁装置通过高强螺栓实现墩或台与梁的相连，以方便震后修复。
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