CN104005489B - 一种自复位耗能连接装置及耗能减震方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自复位耗能连接装置，属于减震和隔震领域。该装置由上翼板、下翼板和腹板构成固定结构，上翼板、下翼板和腹板均设有导向槽；横梁连杆与弧形弹板连接，弧形弹板端部设有摩擦铰座，弧形弹板与摩擦铰座连接方式为铰接，腹板两侧摩擦铰座通过螺栓施加设计预紧力相连；弧形弹板对应上翼板、下翼板导向槽处设有导向柱。装置制作简易，安装便捷，通过横梁连杆安装在梁体和墩台之间，正常情况下，不限制梁体和墩台的相对位移，地震作用下，此装置可将梁体和墩台连为一体，通过耗能降低地震反应，且可震后自复位。
Description
技术领域
本发明涉及一种自复位耗能连接装置，特别涉及一种基于具有保护功能的自复位耗能连接装置，适用于桥梁以及结构建筑物梁柱减震，能够使结构在突发地震作用下协同受力，提高结构整体抗震性能。
背景技术
我国是地震多发国家，历次震害都推动了结构抗震体系的完善与发展，但现有结构抗震性能还存在着各种缺陷。现有连续梁桥建造过程中，尽管采取了减、隔震支座和粘滞阻尼器等减震措施，来降低桥梁的地震响应，提高桥梁的抗震性能，但是未能改变地震作用下固定墩单独承受地震纵向力的现状，其它滑动墩的抗震潜能未能得到充分发挥和利用。尽管存在Lock-up等锁紧装置，从技术角度可实现各墩协同受力，但其成本高昂、检查维护繁琐，未能得到大量应用。桥梁作为交通生命线的咽喉工程，如何确保桥梁震中安全迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种正常状态下滑动墩和梁体可自由活动，地震突发时限制滑动墩和梁体相对位移，发挥各滑动墩抗震潜能，且保证滑动墩构件安全，同时利用装置的弹性形变和摩擦耗散地震能量，具有自复位能力的连接装置。解决了常规设计固定墩单独承受纵向地震作用力，固定墩抗震需求过大问题，实现了连续梁各墩协同受力的目的。
本发明的技术方案是
一种自复位耗能连接装置包括两个横梁连杆（1）、下翼板（2）、上翼板（3）、腹板（4）、两个弧形弹板（5）、导向柱（6）、和摩擦铰座（7），其中上翼板（3）、下翼板（2）和腹板（4）均设有导向槽；上翼板（3）、腹板（4）、下翼板（2）依次联接构成固定结构，弧形弹板（5）端部均设有摩擦铰座（7），两个弧形弹板（5）分别通过摩擦铰座（7）连接在腹板（4）两侧，横梁连杆（1）通过导向柱（6）与弧形弹板（5）连接，所述的两个横梁连杆（1）分别用于连接墩台和梁体。所述的弧形弹板（5）的片数根据实际需要可设为多个。
所述的横梁连杆（1）为箱型结构或者其他。
摩擦铰座（7）与腹板（4）之间还设置了增大摩阻力的介质。
弧形弹板（5）和腹板（4）所围空间还设置了铅棒或其它耗能装置。
摩擦铰座（7）与腹板4之间通过螺栓（8）连接。
所述的螺栓（8）还可以用精轧螺纹钢同功能构件替换，可根据需要对摩擦铰座（7）施加预紧力。
一种自复位耗能连接装置的耗能减震方法，包括：
两个横梁连杆（1）分别与墩台和梁体相连，连接处可根据需要预留连接间隙，使墩台与梁体能够相对运动；
当外力作用，使墩台和梁体的相对位移大于预留间隙时，弧形弹板（5）在横梁连杆（1）作用下弹性变形消耗能量；
当外力大于横梁连杆（1）预设值时，摩擦铰座（7）沿腹板（4）导向槽滑移，外力转化为弧形弹板（5）的弹性变形以及摩擦铰座（7）与腹板（4）的摩擦力。
所述的横梁连杆（1）预设值为墩体所能承受最大弹性荷载。腹板（4）与摩擦铰座（7）通过螺栓（8）相连。
横梁连杆（1）在受力时，可推拉弧形弹板（5）在导向柱（6）引导下，在上翼板（3）和下翼板（2）之间往复运动，当横梁连杆（1）所受外力大于预设值时，弧形弹板（5）端部摩擦铰座（7）沿腹板（4）开始摩擦移动，弧形弹板（5）片数根据需要设置；横梁连杆（1）结构型式可为箱型或其它。
摩擦铰座（7）与腹板（4）之间可根据需要决定是否添加增大摩阻力的介质；弧形弹板（5）和腹板（4）所围空间可视需要增设铅棒或其它耗能装置；连接摩擦铰座（7）的螺栓（8）可根据需要换成精轧螺纹钢等同功能构件，可根据需要对摩擦铰座（7）施加预紧力。
两侧横梁连杆（1）分别与墩台和梁体相连，连接处可根据需要预留连接间隙，以满足正常状态下墩台与梁体相对运动需要。
地震或其它外力作用下，墩台和梁体相对位移大于预留间隙时，墩台与梁体相对位置锁死，上部地震纵向作用力作用于梁体相连的横梁连杆（1），再通过弧形弹板（5）作用于墩柱，弧形弹板（5）的弹性变形可消耗能量。
当外力大于横梁连杆（1）预设值时，摩擦铰座（7）沿腹板（4）导向槽滑移，此时弧形弹板（5）的弹性变形以及摩擦铰座（7）与腹板（4）摩擦作用同时消耗地震能量。
将滑动墩所能承受最大弹性荷载作为横梁连杆（1）受力预设值，当地震或其它外力作用下，横梁连杆（1）作用力大于预设值时，摩擦铰座（7）即开始滑动，从而保障各滑动墩在地震作用下的结构安全。
有益效果
本发明涉及一种制造简便、安装便捷的新型自复位耗能连接装置及方法，在桥梁正常运营状态下，可满足梁体位移的需要，在地震作用下，利用位移锁死原理，既实现了桥墩的协同受力，又可发挥良好的抗震耗能作用，消耗大量地震能量，同时还可对对滑动墩进行能力保护。适用于桥梁以及各种大型梁柱结构建筑物新建或加固，在保证结构安全的前提下，地震突发时，利用弹性变形和摩擦消耗地震能量，使结构协同受力。
附图说明
图1是本发明的结构立面图示；
图2是本发明的结构平面图示；
其中（1）为横梁连杆；（2）为下翼板；（3）为上翼板；（4）为腹板，（5）为弧形弹板，（6）为导向柱，（7）为摩擦铰座；（8）为螺栓。
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定。
本实施例的结构如图1、图2所示，一种自复位耗能连接装置，包括横梁连杆（1）、下翼板（2）、上翼板（3）、腹板（4）、弧形弹板（5）、导向柱（6）、摩擦铰座（7）和螺栓（8），通过两侧横梁连杆（1）分别于墩台和梁体相连。下翼板（2）、上翼板（3）和腹板（4）焊接为固定结构，且上翼板（3）和下翼板（2）设有导向槽，导向柱（6）与弧形弹板（5）连接一体，沿导向槽引导弧形弹板（5）的运动方向。弧形弹板（5）端部设有摩擦铰座（7），腹板（5）两侧的摩擦铰座（7）采用螺栓（8）连接，腹板（5）对应螺栓（8）连接位置设有导向槽，螺栓（8）具有连接和导向作用，摩擦铰座（7）与弧形弹板（5）采用铰接，保证了摩擦铰座（7）沿腹板（5）滑移时转角的需要。
两侧横梁连杆（1）与墩台和梁体相连位置设有连接间隙，以满足桥梁正常运营状态下纵向位移变化需求，墩台与梁体处于相对自由状态，确保墩台与梁体之间无任何约束。
如图1、图2所示，通过螺栓（8）对摩擦铰座（7）施加预紧力的方式，可预设横梁连杆（1）最大承载力。地震作用下，墩台与梁体相对位移大于预留间隙时，梁体传递纵向地震作用力至横梁连杆（1），如纵向地震作用力小于横梁连杆（1）承载力预设值，摩擦铰座（7）固定不动，弧形弹板（5）发生弹性变形，在发挥墩台抗震潜能的同时，消耗地震能量。
当到梁体传递给横梁连杆（1）的地震作用力大于其预设值时，摩擦铰座（7）开始滑移，继续发挥墩台抗震潜能，同时通过弧形弹板（5）和摩擦铰座与腹板（4）的摩擦消耗地震能量，且可保证滑动墩的结构安全。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种自复位耗能连接装置，其特征在于：包括两个横梁连杆(1)、下翼板(2)、上翼板(3)、腹板(4)、两个弧形弹板(5)、导向柱(6)和摩擦铰座(7)，其中上翼板(3)、下翼板(2)和腹板(4)均设有导向槽；上翼板(3)、腹板(4)、下翼板(2)依次连接构成固定结构，弧形弹板(5)端部均设有摩擦铰座(7)，两个弧形弹板(5)分别通过摩擦铰座(7)连接在腹板(4)两侧，横梁连杆(1)通过导向柱(6)与弧形弹板(5)连接，所述的两个横梁连杆(1)分别用于连接墩台和梁体。
2.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置，其特征在于：所述的弧形弹板(5)的片数为多个。
3.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置，其特征在于：所述的横梁连杆(1)为箱型结构。
4.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置，其特征在于：摩擦铰座(7)与腹板(4)之间还设置了增大摩阻力的介质。
5.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置，其特征在于：弧形弹板(5)和腹板(4)所围空间设置有铅棒。
6.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置，其特征在于：摩擦铰座(7)与腹板(4)之间通过螺栓(8)连接。
7.根据权利要求1所述的一种自复位耗能连接装置的耗能减震方法，其特征在于：
两个横梁连杆(1)分别与墩台和梁体相连，连接处预留连接间隙，使墩台与梁体能够相对运动；
当外力作用，使墩台和梁体的相对位移大于预留间隙时，弧形弹板(5)在横梁连杆(1)作用下弹性变形消耗能量；
当外力大于横梁连杆(1)预设值时，摩擦铰座(7)沿腹板(4)导向槽滑移，外力转化为弧形弹板(5)的弹性变形以及摩擦铰座(7)与腹板(4)的摩擦力。
8.根据权利要求7所述的一种自复位耗能连接装置的耗能减震方法，其特征在于：所述的横梁连杆(1)预设值为墩体所能承受最大弹性荷载。
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