CN103290779A - 一种桥梁横向防落梁装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁横向防落梁装置，包括挡块底座底板（1），挡块底座底板（1）上设置有两组框形结构，框形结构由外横向挡板（2）、内纵挡板（3）、外纵挡板（4）和中横向挡板（5）围合而成，两组框形结构通过T型钢挡板（6）连接，两组框形结构之间的挡块底座底板（1）上还设置有型钢顶梁（7）。装置制作、拼装方便，自重轻。在正常运营下，装置可随结构横向自由变形，在地震作用下，型钢顶梁发生横向位移，直接施压于型钢挡板，带动形状记忆合金丝拉伸受力耗能，并限制相对位移的进一步增大，在强震作用下，X形软钢片与合金丝协同耗能防止落梁，并实现震后装置自复位。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁横向防落梁装置，它涉及一种桥梁横向抗震限位耗能防落梁保护装置。
背景技术
桥梁地震破坏形式多样，从历次震害可以看出，桥梁结构发生频次最高的破坏形式为落梁破坏及碰撞破坏。世界范围内强烈地震频繁发生，如印尼、新西兰、东日本等以及我国的汶川、玉树、雅安等大地震，给我们惨重的震害历史教训，虽都极大推动了建筑结构抗震设防体系的完善，但是现有的结构抗震性能却依然存在极大的缺陷。
我国的桥梁抗震设计主要强调梁体、墩体的强度，即如何防御使其不在地震中倒塌。传统方法的主要构造措施是在墩体上设置混凝土防落梁挡块，以将梁体的横向位移量限制在一定范围内。但由于梁体与墩体、梁体与梁体之间缺乏联系，当烈度较高的地震来袭时，受梁体剧烈晃动的冲击，防落梁挡块易发生剪切破坏而失效，产生落梁破坏。
桥梁作为交通线上的枢纽工程，而我国的交通线尤其高速铁路多以桥梁为主，如何防范桥梁震中的安全已经成为燃眉之急。因此，本发明提出了一种基于形状记忆合金的桥梁横向抗震限位耗能防落梁保护装置，简称桥梁横向防落梁装置，旨在限制桥梁在地震中的横向位移，耗散能量，进而防止桥梁发生落梁的危险。
发明内容
桥梁在我国高速铁发展中占据了及其重要的地位，尤其京沪高铁桥梁占总长的80.5%，而地震作用下桥梁与墩体、桥梁与桥梁发生过大位移而破坏案例的增多，这使得桥梁结构抗震防落梁装置的发展迫在眉睫。本发明提供了一种基于形状记忆合金的桥梁横向抗震限位耗能防落梁保护装置，满足正常运营使用要求，解决地震作用下桥梁抗震耗能防落梁的问题。
为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：桥梁横向防落梁装置，包括挡块底座底板，挡块底座底板上设置有两组框形结构，框形结构由外横向挡板、内纵挡板、外纵挡板和中横向挡板围合而成，两组框形结构通过T型钢挡板连接，两组框形结构之间的挡块底座底板上还设置有型钢顶梁。桥梁横向防落梁装置，它涉及一种桥梁横向抗震限位耗能保护防落梁装置。本装置包括挡块底座、型钢顶梁、型钢挡板、形状记忆合金丝、X形软钢片等。装置制作、拼装方便，自重轻。在正常运营下，装置可随结构横向自由变形，在地震作用下，型钢顶梁发生横向位移，直接施压于型钢挡板，带动形状记忆合金丝拉伸受力耗能，并限制相对位移的进一步增大，在强震作用下，X形软钢片与合金丝协同耗能防止落梁，并实现震后装置自复位。本发明专利可有效解决传统桥梁地震下横向位移的耗能问题、防落梁问题和震后复位问题。
优选地，T型钢挡板两端分别通过锚具锚固在两组框形结构的外纵挡板上。
优选地，外横向挡板向外纵挡板挑出形成翼缘板。
优选地，内纵挡板与外纵挡板之间设置有形状记忆合金丝，形状记忆合金丝两端分别通过锚具连接在内纵挡板与外纵挡板之间。
优选地，型钢顶梁一端固接在挡块底座底板上，型钢顶梁中部通过T型钢支撑件进行支撑，T型钢支撑件固接在X型软钢片上，X型软钢片固接在挡块底座底板上，型钢顶梁的另一端悬挑在T型钢支撑件外。
优选地，T型钢支撑件设置成两段，两段T型钢支撑件分别固接在型钢顶梁的腹板两侧。
优选地，悬挑在T型钢支撑件外的型钢顶梁的翼板表面上设置有高强膨胀螺栓，高强膨胀螺栓朝上布置。
优选地，多个高强膨胀螺栓纵向和/或横向间隔分布在型钢顶梁表面。
优选地，挡板底座底板上设置有高强膨胀螺栓，高强膨胀螺栓朝下布置。
优选地，多个高强膨胀螺栓纵向和/或横向间隔分布在挡板底座底板上。
优选地，高强膨胀螺栓间隔布置在框形结构四周。
优选地，型钢顶梁的至少一端设置有型钢顶梁端部橡胶片。型钢顶梁端部橡胶片采用橡胶类材料（天然橡胶、合成橡胶）和塑料类材料（聚乙烯、聚丙烯等）。
优选地，X型软钢片的至少一端设置有条形橡胶片。条形橡胶片采用橡胶类材料（天然橡胶、合成橡胶）和塑料类材料（聚乙烯、聚丙烯等）。
优选地，多个X型软钢片平行设置。
优选地，X型软钢片与框形结构之间留有间隔空隙。
优选地，框形结构与挡块底座底板之间为全截面焊接。
优选地，型钢顶梁为T型钢梁或者工自型钢梁。
优选地，内纵挡板和外纵挡板上对应设置有挡板圆孔，T型钢挡板对应于挡板圆孔设置有T型钢挡板端部圆孔，锚具同时穿过对应设置的挡板圆孔和T型钢挡板端部圆孔进行锚固连接，形状记忆合金丝设置在对应设置的锚具之间。
桥梁横向防落梁装置，包括挡块底座、型钢顶梁、型钢挡板、形状记忆合金丝、X形软钢片等，其特征在于，挡块底座通过高强膨胀螺栓固定于桥台外侧平台，底板上焊接档块，型钢挡板通过施加预应力的形状记忆合金丝连接于挡块外侧，T型钢顶梁一端连接于桥梁底板，另一端与型钢挡板内侧紧挨，顶梁两侧焊接支撑件，并支撑件上焊接X型软钢片，从而构成能基于形状记忆合金丝的抗震耗能限位新型横向防落梁装置。底座底板与挡块钢板之间为全截面焊接，挡块由八块钢板以吕字形拼接焊接而成，对称分布于挡块两侧。吕字形挡块平行于桥梁腹板侧四块钢板平面上分别开4个圆孔，左右对齐，方便形状记忆合金丝的安装。型钢挡板为T型钢板或工字型钢板或焊接而成，挡板两端对应挡块圆孔位置开4个同直径圆孔。形状记忆合金丝分别用锚具锚固于挡块8对圆孔中，型钢挡板紧贴于挡块外侧。型钢顶梁可为T型钢或工字型钢，端部垂直于纵桥向，并用高强膨胀螺栓连接于桥梁端部底板，另一端伸至吕字形挡块中间空间，与型钢挡板紧挨但留有空隙，端部粘贴橡胶片。X型软钢片与挡块之间留有空隙，端部粘贴橡胶片。
本发明专利还在于，本装置所有连杆均为实心钢材制作，膨胀螺栓均为高强度钢材。
本发明专利还在于，本装置所有金属构件在施工完毕后均需喷涂外围防护材料。
本发明专利的技术方案的有益效果是：可有效提升桥梁结构之间、桥梁与墩台结构在地震下的工作性能。在正常桥梁运营下，可满足梁体温度变形产生的位移，在地震作用下，可发挥良好的抗震防落耗能作用，吸收大量能量，防止桥梁发生过大横向位移而产生落梁破坏，同时具有自重较轻、制作简单等优点，为强震下桥梁限位防落梁提供可靠装置，具有良好的实用价值和经济效益。
由于桥梁结构形式的多样性及桥梁及墩台之间高度的不固定性，本发明专利的底座布置形式亦具有多样性，因而结构布置形式及工作原理与本专利类似的情形装置都在本专利的保护范围之内。
下面结合一具体实施实例的附图对本发明专利作进一步说明。
附图说明
图1为桥梁横向防落梁总体示意图；
图2为图1中桥梁横向防落梁装置A三维图；
图3为图2中桥梁横向防落梁装置平面图；
图4为图2中T型钢顶梁三维图；
图5为图2中X型软钢片三维图；
图6为图2中挡块底座三维图；
图7为图6中挡块底座平面图；
图8为图1中形状记忆合金丝锚固及型钢挡板三维图；
其中1为挡块底座底板，2为外横向挡板，3为内纵挡板，4为外纵挡板，5为中横向挡板，6为T型钢挡板，7为型钢顶梁，8为锚具，9为翼缘板，10为形状记忆合金丝，11为T型钢支撑件，12为X型软钢片，13为高强膨胀螺栓，14为型钢顶梁端部橡胶片，15为条形橡胶片，16为挡块圆孔，17为T型钢挡板端部圆孔。
具体实施方式
下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。
图1为桥梁横向防落梁总体示意图；图2为图1中桥梁横向防落梁装置A三维图；图3为图2中桥梁横向防落梁装置平面图；图4为图2中T型钢顶梁三维图；图5为图2中X型软钢片三维图；图6为图2中挡块底座三维图；图7为图6中挡块底座平面图；图8为图1中形状记忆合金丝锚固及型钢挡板三维图，如图1-8所示，桥梁横向防落梁装置，包括挡块底座底板1，挡块底座底板1上设置有两组框形结构，框形结构由外横向挡板2、内纵挡板3、外纵挡板4和中横向挡板5围合而成，两组框形结构通过T型钢挡板6连接，两组框形结构之间的挡块底座底板1上还设置有型钢顶梁7。T型钢挡板6两端分别通过锚具8锚固在两组框形结构的外纵挡板4上。外横向挡板2向外纵挡板4挑出形成翼缘板9。内纵挡板3与外纵挡板4之间设置有形状记忆合金丝10，形状记忆合金丝10两端分别通过锚具8连接在内纵挡板3与外纵挡板4之间。型钢顶梁7一端固接在挡块底座底板1上，型钢顶梁7中部通过T型钢支撑件11进行支撑，T型钢支撑件11固接在X型软钢片12上，X型软钢片12固接在挡块底座底板1上，型钢顶梁7的另一端悬挑在T型钢支撑件11外。T型钢支撑件11设置成两段，两段T型钢支撑件分别固接在型钢顶梁7的腹板两侧。悬挑在T型钢支撑件11外的型钢顶梁7的翼板表面上设置有高强膨胀螺栓13，高强膨胀螺栓13朝上布置。多个高强膨胀螺栓13纵向和/或横向间隔分布在型钢顶梁7表面。挡板底座底板1上设置有高强膨胀螺栓13，高强膨胀螺栓13朝下布置。多个高强膨胀螺栓13纵向和/或横向间隔分布在挡板底座底板1上。高强膨胀螺栓13间隔布置在框形结构四周。型钢顶梁7的至少一端设置有型钢顶梁端部橡胶片14。X型软钢片12的至少一端设置有条形橡胶片15。多个X型软钢片12平行设置。X型软钢片12与框形结构之间留有间隔空隙。框形结构与挡块底座底板1之间为全截面焊接。型钢顶梁7为T型钢梁或者工自型钢梁。内纵挡板3和外纵挡板4上对应设置有挡板圆孔16，T型钢挡板6对应于挡板圆孔16设置有T型钢挡板端部圆孔17，锚具同时穿过对应设置的挡板圆孔16和T型钢挡板端部圆孔17进行锚固连接，形状记忆合金丝设置在对应设置的锚具之间。
本发明桥梁横向防落梁装置A适用于桥梁结构，尤其是铁路桥梁箱梁桥、T型梁桥类，横向防落梁装置A设置于桥梁的梁与柱接触的部位，通过上下部的高强膨胀螺栓13分别锚固在梁与和柱上进行固接，如图1所示。对于桥梁结构部分，首先对结构进行受力分析，确定桥梁结构在地震作用下与墩台的相对位移和受力，及正常运营下温度荷载引起的收缩位移，进而确定形状记忆合金丝10的参数，这里采用形状记忆合金丝10每根直径5mm，长25cm，共8根，预备好锚具8。
挡块底座底板1通过高强膨胀螺栓13固定于桥台支座外侧平台，挡块底座底板1的尺寸为30cm×60cm×2cm，Q235钢材，高强膨胀螺栓13平板上布置13根，两侧分别5根，中间3根。
挡块底座底板1上焊接档块连接板，每块连接板均为全截面焊接，板材规格均为2cmQ厚钢材，形成吕字形状布置，口字形长15cm宽15cm高20cm，内侧钢板3及外侧钢板4分别开4个圆形孔槽，直径1cm，用于形状记忆合金丝10的连接，T型钢挡板6通过施加预应力的形状记忆合金丝10连接于挡块钢板4外侧，T型钢挡板6由T型钢构成，也可有两块12cm宽2cm厚钢板焊接而成，梁端均分别4个圆孔，直径1cm，上穿形状记忆合金丝10，并用锚具8锚固，两侧外横向挡板2分别在外侧延伸约3cm宽翼缘板17，超出T型钢挡板1cm即可。
T型钢顶梁7一端连接于桥梁底板，连接件采用6根高强膨胀螺栓10并排布置，另一端与T型钢挡板6内侧紧挨，但留有约1cm空隙空间，端部粘贴型钢顶梁端部橡胶片，顶梁两侧焊接T型钢支撑件11，T型钢支撑件11为T型钢构件，端部焊接于T型钢顶梁7腹板及翼缘板，并两段T型钢支撑件11上各焊接两片X型软钢片12，X型软钢片12端部粘贴条形橡胶片15。T型钢顶梁7端部介于吕字形挡块中间，与两挡块板壁之间间距5cm以上。
Claims (10)
1.一种桥梁横向防落梁装置，其特征在于，包括挡块底座底板（1），挡块底座底板（1）上设置有两组框形结构，框形结构由外横向挡板（2）、内纵挡板（3）、外纵挡板（4）和中横向挡板（5）围合而成，两组框形结构通过T型钢挡板（6）连接，两组框形结构之间的挡块底座底板（1）上还设置有型钢顶梁（7）。
2.根据权利要求1所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，T型钢挡板（6）两端分别通过锚具（8）锚固在两组框形结构的外纵挡板（4）上。
3.根据权利要求2所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，外横向挡板（2）向外纵挡板（4）挑出形成翼缘板（9）。
4.根据权利要求3所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，内纵挡板（3）与外纵挡板（4）之间设置有形状记忆合金丝（10），形状记忆合金丝（10）两端分别通过锚具（8）连接在内纵挡板（3）与外纵挡板（4）之间。
5.根据权利要求4所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，型钢顶梁（7）一端固接在挡块底座底板（1）上，型钢顶梁（7）中部通过T型钢支撑件（11）进行支撑，T型钢支撑件（11）固接在X型软钢片（12）上，X型软钢片（12）固接在挡块底座底板（1）上，型钢顶梁（7）的另一端悬挑在T型钢支撑件（11）外。
6.根据权利要求5所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，T型钢支撑件（11）设置成两段，两段T型钢支撑件分别固接在型钢顶梁（7）的腹板两侧。
7.根据权利要求6所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，悬挑在T型钢支撑件（11）外的型钢顶梁（7）的翼板表面上设置有高强膨胀螺栓（13），高强膨胀螺栓（13）朝上布置。
8.根据权利要求7所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，多个高强膨胀螺栓（13）纵向和/或横向间隔分布在型钢顶梁（7）表面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，挡板底座底板（1）上设置有高强膨胀螺栓（13），高强膨胀螺栓（13）朝下布置；或者多个高强膨胀螺栓（13）纵向和/或横向间隔分布在挡板底座底板（1）上；或者高强膨胀螺栓（13）间隔布置在框形结构四周。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的桥梁横向防落梁装置，其特征在于，型钢顶梁（7）的至少一端设置有型钢顶梁端部橡胶片（14）；或者X型软钢片（12）的至少一端设置有条形橡胶片（15）；或者多个X型软钢片（12）平行设置；或者X型软钢片（12）与框形结构之间留有间隔空隙；或者框形结构与挡块底座底板（1）之间为全截面焊接；或者型钢顶梁（7）为T型钢梁或者工自型钢梁；或者内纵挡板（3）和外纵挡板（4）上对应设置有挡板圆孔（16），T型钢挡板（6）对应于挡板圆孔（16）设置有T型钢挡板端部圆孔（17），锚具同时穿过对应设置的挡板圆孔（16）和T型钢挡板端部圆孔（17）进行锚固连接，形状记忆合金丝设置在对应设置的锚具之间。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20151103 Address after: 410075 Department of civil engineering, School of railway engineering, Central South University, Shaoshan 22 South Road, Tianxin District, Hunan, Changsha Patentee after: CHINA RAILWAY CORPORATION Patentee after: Central South University Patentee after: National Engineering Laboratory for High Speed Rail Construction Address before: 410075 Department of civil engineering, School of railway engineering, Central South University, Shaoshan 22 South Road, Tianxin District, Hunan, Changsha Patentee before: Central South University Patentee before: National Engineering Laboratory for High Speed Rail Construction |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20150520 Termination date: 20190615 |