CN104372733A - 一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，位于所述大跨独塔斜拉桥的主梁与主塔下牛腿之间，该纵向约束结构主要由纵向固定支座、钢阻尼器组合件以及抗震挡块构成，其中所述纵向固定支座的给定剪断力不大于所述钢阻尼器的屈服应力。本发明的优点是，塔梁间通过采用给定剪断力的纵向固定支座，在静力作用下纵向固定，在地震作用下纵向固定支座剪断瞬间将所承受的纵向水平力平稳传递给钢阻尼器承受，减小地震响应，并在塔、梁之间设置有抗震挡块，以限制地震最大位移；该体系既可大幅减小主塔及其基础的地震内力，又能将墩、梁相对位移控制在给定的范围内，主塔的静载内力也有所减小，且钢阻尼器滞回曲线明确。

Description

一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构

技术领域

本发明涉及桥梁结构，具体涉及一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构。

背景技术

斜拉桥对于跨度在200m以上的桥梁具有一定优势。一般来说，独塔斜拉桥可适用于双跨布置，桥塔高景观效果好，较适宜于在中小河流上建造，而且相对于同等跨径的双塔斜拉桥，主桥总长较小，其造价也相对较低。

对于大跨度双塔斜拉桥的结构体系，国内外已有很多研究，特别是纵向约束结构，已有比较成熟的应用。但大跨度独塔斜拉桥与同等跨度双塔斜拉桥相比，其纵向位移大于后者，静力和地震反应特性相应地也有不同。已建桥梁有些设置纵向固定支座，但无法顺利实现静力受力状态与地震受力状态平稳过渡；有些设置纵向滑动支座，但静力纵向位移大，导致桥塔静力受力大、伸缩缝规格大且易损坏、行车舒适性不佳等。因此对于地震响应较大的大跨度独塔斜拉桥，纵向约束结构需要进行特别设计。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，该纵向约束结构通过采用给定剪断力的纵向固定支座以及钢阻尼器，在静力作用下纵向固定支座固结，在地震作用下纵向固定支座剪断瞬间将所承受的纵向水平力平稳传递给钢阻尼器承受。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，位于所述大跨独塔斜拉桥的主梁与主塔下牛腿之间，其特征在于所述纵向约束结构主要由纵向固定支座、钢阻尼器组合件以及抗震挡块构成，所述钢阻尼器位于所述纵向固定支座和所述抗震挡块之间，其中所述纵向固定支座的给定剪断力，大于所述主梁传递给所述下牛腿的静载水平力，且不大于所述钢阻尼器的屈服应力。

所述纵向固定支座布置于所述下牛腿的内侧，所述抗震挡块布置于所述下牛腿的外侧。

所述抗震挡块为钢筋混凝土结构或钢结构，其表面覆有橡胶缓冲垫层。

所述纵向固定支座的前、后两端也布置有所述钢阻尼器。

本发明的优点是，塔梁间通过采用给定剪断力的纵向固定支座，在静力作用下纵向固定支座固结，降低纵向水平力在桥塔上的传力点，减小塔底弯矩及主梁纵向位移，从而减小梁端伸缩缝规格、提高行车舒适性；在地震作用下纵向固定支座剪断瞬间将所承受的纵向水平力平稳传递给钢阻尼器承受，避免冲击力对液压类阻尼器造成破坏或力学性能改变，并减小地震响应；在塔、梁之间设置有抗震挡块，保证在超过设防地震下，或固定支座和钢阻尼器在静力作用下同时失效的情况下，也能限制主梁最大位移，避免主、引桥梁体相互碰撞，伸缩缝损坏和塔底弯矩增大过多；本结构适用于抗震等级高、兼顾静力工况与抗震性能的大跨独塔斜拉桥。

附图说明

图1为本发明中独塔斜拉桥上的纵向约束结构示意图；

图2为本发明中下牛腿上的纵向约束结构平面布置图；

图3为本发明图2中的A-A视图；

图4为本发明图2中的B-B视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4，图中标记1-7分别为：纵向约束结构1、下牛腿2、钢阻尼器3、纵向固定支座4、抗震挡块5、主梁6、主塔7。

实施例：如图1-4所示，本实施例具体涉及一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，该纵向约束结构1设置于主梁6与主塔7的下牛腿2之间，主要由纵向固定支座4、钢阻尼器3以及抗震挡块5构成，抗震挡块5布置于主塔7的下牛腿2顶面外侧（即远离主塔7一侧），纵向固定支座4布置于主塔7的下牛腿2顶面内侧（即靠近主塔7一侧），在纵向固定支座4和抗震挡块5之间布置有两道钢阻尼器3，此外，在纵向固定支座4沿桥向的前、后两端同样设置有钢阻尼器3。

其中，

纵向固定支座4主要起支承主梁6以及静力工况下固定约束主梁6的纵向位移，此外，需要给定纵向固定支座4一个剪断力，给定剪断力的大小视实际独塔斜拉桥工况确定，当超过其设计水平承载力时纵向固定支座4可被剪坏，失去约束作用，纵向固定支座4的具体形状和类型并不唯一；

钢阻尼器3为位于主塔7与主梁6之间的纵向减震耗能装置，在静力工况下，钢阻尼器3与主塔7和主梁6之间紧贴而不相互作用，具有明确的滞回曲线，可平稳转化地震冲击力，钢阻尼器3的形状、屈服力以及屈服位移可根据桥梁实际需求合理选择，需要遵循的是，其屈服力应不小于纵向固定支座4的给定剪断力；

抗震挡块5位于主塔7的下牛腿2顶面与主梁6之间，其主要功能是通过构造措施限制主梁在地震工况下的极限位移，因此沿桥向设置的相邻抗震挡块5之间的间隔应不小于地震最大位移，此处，抗震挡块5的材质可以是钢筋混凝土或钢结构，同时在其表面设置有橡胶缓冲垫层以作缓冲之用；可以理解的是，抗震挡块5的形状可以是长方形、楔形、梯形等。

如图1-4所示，本实施例中大跨独塔斜拉桥的纵向约束结构1的工作方法如下：在静力工况下，纵向固定支座4约束全桥的纵向位移；而在地震工况下，纵向固定支座4受地震水平力作用超过其给定剪断力，纵向固定支座4剪断后成为普通滑动支座提供滞回耗能，剪断的瞬间纵向固定支座4将其所承受的纵向水平力平稳传递给钢阻尼器承受，减小地震响应，此外，抗震挡块在地震工况下限值主梁6的极限位移。

需要说明的是，

（1）由于固结后温度力很大，因此本实施例中的纵向约束结构只适用于独塔斜拉桥或下塔柱较高的双塔斜拉桥；

（2）在地震发生时，本实施例中纵向固定支座与钢阻尼器组合，能够使得受力传递实现平稳过渡，效果优于纵向固定支座与粘滞阻尼器之间的过渡，也远远优于纵向滑动支座与阻尼器组合使用的效果，具体分析如下：

如果采用液压粘滞阻尼器，由于其是速度依存型的，速度较小时阻尼力也小，当纵向固定支座剪断瞬间，液压粘滞阻尼器速度为零，抵抗外力的阻尼力也为零，而液压粘滞阻尼器所受外力即为支座剪断力，因此液压粘滞阻尼器的位移和速度会迅速增大，无法实现对地震力的有效控制；同时，如果按照控制梁端位移和塔、梁间相对位移作为条件，则采用的四个粘滞阻尼器的最大阻尼合力也可能会小于纵向固定支座的剪断力，因此在支座剪断瞬间阻尼器遭到破坏；同时，不考虑纵向固定支座剪断瞬间的冲击力而进行地震反应分析时，会高估粘滞阻尼器的耗能效果，但低估对粘滞阻尼器的位移要求；即使可以增大对粘滞阻尼器的阻尼系数要求，使得粘滞阻尼器的最大阻尼力不小于纵向固定支座的剪断力，也由于粘滞阻尼器在冲击力下力学性能不明确，不能保证粘滞阻尼器就能满足抗震要求，而且经济性上的代价也比较大。上述分析表明粘滞阻尼器不能适用于此类结构。

而本实施例中钢阻尼器的阻尼力取决于位移，当纵向固定支座剪断瞬间，塔、梁间相对位移为零，剪断力平稳过渡到上、下部分密贴的钢阻尼器上，此时钢阻尼器所受的水平力等于纵向固定支座的剪断力；因此，只要钢阻尼器的屈服力不小于纵向固定支座的剪断力，则可保证纵向固定支座剪断瞬间钢阻尼器不屈服，之后钢阻尼器在剪断力和地震力共同作用下工作，由于钢阻尼器力学模型明确，因此可以准确分析出支座剪断后整个过程中结构的地震反应，据此确定钢阻尼器的最大位移和屈服力，所以不存在对钢阻尼器耗能效果的高估问题，不会低估钢阻尼器的位移需求；因此，只要钢阻尼器的屈服力不小于支座的剪断力，则两种体系之间的转换相对简单，对钢阻尼器的位移需求相对比较明确，在地震工况下，纵向固定支座与钢阻尼器之间能实现平稳过渡。

如果采用纵向滑动支座与阻尼器组合，无论采用粘滞阻尼器还是钢阻尼器，静载受力状态和地震受力状态之间可平稳过渡，可以准确确定阻尼器各项参数，确保阻尼器安全和减震效果，但是在静力作用下，主梁对桥塔的传力点高，塔底弯矩大受力不利，且主梁纵向位移大，伸缩缝规格大易破坏、行车舒适性不佳。

而本实施例中在静力作用下纵向固定支座固结，降低纵向水平力在桥塔上的传力点，减小塔底弯矩改善受力，主梁纵向位移小，从而减小梁端伸缩缝规格、增强伸缩缝耐久性、提高行车舒适性。

Claims (4)

1.一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，位于所述大跨独塔斜拉桥的主梁与主塔下牛腿之间，其特征在于所述纵向约束结构主要由纵向固定支座、钢阻尼器组合件以及抗震挡块构成，所述钢阻尼器位于所述纵向固定支座和所述抗震挡块之间，其中所述纵向固定支座的给定剪断力不大于所述钢阻尼器的屈服应力。

2.根据权利要求1所述的一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，其特征在于所述纵向固定支座布置于所述下牛腿的内侧，所述抗震挡块布置于所述下牛腿的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，其特征在于所述抗震挡块为钢筋混凝土结构或钢结构，其表面覆有橡胶缓冲垫层。

4.根据权利要求1所述的一种大跨独塔斜拉桥纵向约束结构，其特征在于所述纵向固定支座的前、后两端也布置有所述钢阻尼器。